Martin Kamen had drie dagen en drie nachten zonder slaap gewerkt. De Amerikaanse chemicus was een project aan het afronden waarin hij en een collega, Sam Ruben, een stuk grafiet hadden gebombardeerd met subatomaire deeltjes. Het doel van hun werk was om nieuwe vormen van koolstof te creëren, die praktische toepassingen zouden kunnen hebben.,uitgeput wankelde Kamen uit zijn laboratorium in Berkeley in Californië, nadat hij het project in de vroege uren van 27 februari 1940 had afgerond. Hij had dringend een pauze nodig. Verschrompeld, met rode ogen en met een driedaagse groei van baard, zag hij er een puinhoop uit.

en dat was ongelukkig. Berkeley politie was toen op zoek naar een ontsnapte gevangene die net meerdere moorden had gepleegd. Dus toen ze de onverzorgde Kamen zagen, pakten ze hem meteen op, bundelden hem in de achterkant van hun patrouillewagen en ondervroegen hem als een verdachte Moordenaar.,een van de meest revolutionaire onderzoeken van de afgelopen eeuw werd bij de geboorte bijna beëindigd toen een van de leidende wetenschappers werd beschuldigd van moord. Het was pas toen getuigen duidelijk maakten dat Kamen niet de man was die de politie was nadat hij werd vrijgelaten en mocht terugkeren naar het Stralingslaboratorium van de Universiteit van Californië om te kijken naar de klomp grafiet die hij en Ruben hadden bestraald.,

het duurde niet lang voordat het paar zich realiseerde dat ze een stof met opmerkelijke eigenschappen hadden geproduceerd, een stof die sindsdien een groot aantal verschillende wetenschappelijke gebieden heeft getransformeerd en wetenschappers nog steeds belangrijke ontdekkingen blijft doen. Door grafiet te bestralen, hadden ze koolstof-14 gecreëerd.

Martin Kamen in 1939., Photograph: US National Archives Public Domain Archive

“That sombere night and morning of 27 February 1940 began a revolution in physiology, biochemistry, archaeology, geology, biomedicine, oceanography, palaeoclimatology and anthropology as well as nuclear chemistry,” says environment researcher John Marra, author of the newly published Hot Carbon: Carbon-14 and a Revolution in Science. “Koolstof-14, misschien wel de belangrijkste isotoop voor het leven op aarde, was ‘geboren’.”

koolstof-14 heeft zes protonen en acht neutronen in zijn kern., Daarentegen heeft het grootste deel van de koolstof in ons lichaam en in de buitenwereld, bekend als koolstof-12, zes protonen en zes neutronen. Cruciaal is dat deze twee extra neutronen de kern van een koolstof-14 atoom onstabiel maken zodat het radioactief vervalt in een atoom van stikstof. Belangrijker nog, deze vervalsingen zijn relatief zeldzaam, zodat het mogelijk is om veranderingen in een koolstofmonster over tienduizenden jaren te meten. (Zie kader hieronder.)

“Carbon is what we are made of,” zegt Marra, die hoogleraar aard-en milieuwetenschappen is aan Brooklyn College, New York. Koolstof is leven., Het is ook fundamenteel voor hoe we leven, hoe de aarde bewoonbaar is-vrijwel alles. En sinds de ontdekking van een langlevende radio-isotoop van koolstof, hebben we een geweldig instrument om te graven in bijna elk aspect van het bestaan op aarde – en misschien het universum.”

zoals Marra in deze opmerkelijke geschiedenis van koolstof-14 onthult, realiseerden wetenschappers zich al snel dat de isotoop levende wezens vandaag de dag moet beïnvloeden. Kosmische stralen beslagen de bovenste atmosfeer en sturen cascades van neutronen door de lucht, berekenden ze., Deze neutronen raken atomen van stikstof, de belangrijkste component van de atmosfeer van de aarde, en transformeren sommige in atomen van koolstof-14. Op hun beurt combineren deze atomen met zuurstof om radioactief kooldioxide te creëren dat wordt geabsorbeerd door planten, die vervolgens worden opgegeten door dieren. “Elk levend wezen op aarde wordt zo radioactief, zij het lichtjes”, zegt Marra.en het drong tot Willard Libby van de Universiteit van Chicago door dat de door koolstof-14 gegenereerde radioactiviteit tot een enorm voordeel kon worden benut., Een chemicus die had gewerkt aan het Manhattan Project om de eerste atoombom te bouwen, Libby realiseerde zich dat wanneer een organisme sterft, het zal stoppen met het absorberen van koolstof, inclusief koolstof-14, en de bestaande opslag van de laatste zal langzaam verval. Dus door de radioactiviteit van een monster uit het organisme te meten, kon het koolstof-14-gehalte worden geschat en kon de datum van het tijdstip van overlijden worden gemeten. De Wetenschappen van de archeologie en paleontologie stonden op het punt een revolutie te ondergaan.

een groot probleem moest echter worden opgelost., Koolstof-14 bestaat slechts in zeer lage niveaus in het weefsel van recent overleden dieren en planten: ongeveer een op een biljoen van hun koolstofatomen zijn koolstof-14. Daarentegen is de natuurlijke achtergrondstraling – van thorium en uranium in rotsen en andere bronnen-veel, veel hoger. Hoe kunnen onderzoekers koolstof-14 ‘ s zwakke signaal scheiden van deze overweldigende achtergrondruis?Libby loste het probleem op door zijn detectoren zorgvuldig af te schermen en manieren te ontwikkelen om elke straling die door de wanden van zijn apparaat kwam uit te schakelen., Toen wendde hij zich tot het gas methaan, dat koolstof bevat, om de laatste validatie van zijn techniek te bieden, door monsters van twee zeer verschillende bronnen te vergelijken. Een monster werd gewonnen uit aardgas, een fossiele brandstof waarvan koolstof-14 al lang geleden had moeten vervallen. De tweede kwam uit de stad Baltimore riolering systeem en werd gewonnen uit menselijke uitwerpselen. Het zou rijk moeten zijn aan koolstof-14, net geproduceerd door mensen, beredeneerde Libby.

en dat is precies wat hij vond. Oude methaan had geen koolstof-14., Methaan dat onlangs door mensen werd uitgescheiden, was daarentegen relatief rijk aan de isotoop. Zoals Marra zegt: “menselijk afval van rioleringen heeft de wetenschap vooruit gestuurd.Libby leverde vervolgens het definitieve bewijs van zijn datingtechnologie door de radioactiviteit – en, door gevolgtrekking, de leeftijd – te meten van een reeks organische monsters van bekende oudheid: hout van het Egyptische begrafenisschip van Sesostris III, linnen dat een dode zeerol had gewikkeld en een broodje dat was “gekookt” tijdens de vulkaanuitbarsting die Pompeii begroef. Zijn resultaten kwamen perfect overeen met de data van de items die hij had gescand.,het was een briljante onderneming waarvoor Libby in 1960 de Nobelprijs voor scheikunde kreeg, hoewel hij in zekere zin geluk had. Libby nam aan dat de snelheid van koolstof-14 productie in de atmosfeer constant was voor de laatste paar tienduizenden jaren. In feite zijn de verschillen vrij groot, dankzij veranderingen in de activiteit van zonnevlekken, atmosferische kernbommen en stijgende emissies van kooldioxide door fossiele brandstoffen. Deze moeten zorgvuldig in aanmerking worden genomen bij het schatten van leeftijden, weten wetenschappers nu, hoewel de onderliggende basis van koolstofdatering blijft gezond.,

Willard Libby krijgt de Nobelprijs voor de scheikunde, december 1960. Foto: Bettmann-archief

onlangs is de koolstofdatering veranderd van het simpelweg meten van de radioactiviteit die door koolstof-14-kernen wordt uitgestraald naar het direct tellen van het aantal atomen van de isotoop in een monster. Dit wordt gedaan gebruikend een techniek genoemd de spectrometrie van de versneller massa( AMS), die wetenschappers heeft toegestaan om beenderen, artefacten en andere op koolstof-gebaseerde punten van de kleinste steekproef te dateren. “Dit was een enorme vooruitgang”, zegt Marra., “In plaats van grammen materiaal om te analyseren, heeft AMS alleen milligram nodig.”

op deze manier veroorzaakten de ontwikkelaars van AMS een datingrevolutie die begon in de jaren 60 en sindsdien “een nieuwe archeologische revolutie inluidde”, zegt Marra. Een voorbeeld met betrekking tot het gebruik van koolstof-14 resulteerde in de omverwerping van het idee dat het verleden West-Europese culturen waren afhankelijk van praktijken en ideeën die begonnen in het Midden-Oosten en langzaam verspreid westwaarts met de verspreiding van de landbouw., Koolstofdatering toonde een heel ander beeld en toonde aan dat de neolithische culturen van Groot-Brittannië, Frankrijk en Midden-Europa onafhankelijk moeten zijn geëvolueerd.

Later werd de techniek gebruikt door laboratoria in Groot-Brittannië, Zwitserland en de Verenigde Staten tot op heden het vlas gebruikt om de Lijkwade van Turijn te weven. Dit kleed, gemarkeerd met het negatieve beeld van een man met een baard, werd door sommigen beschouwd als de lijkwade waarin Jezus na de kruisiging was gewikkeld. Met behulp van slechts een paar fragmenten van doek, wetenschappers gedateerd 1260-1390AD.,

Toon meer

in de loop der jaren heeft het gebruik van koolstof-14 zich veel verder verspreid dan dateren van oude artefacten. De Drugs kunnen met koolstof-14 worden geëtiketteerd en worden gevolgd aangezien zij door het lichaam overgaan om hun veiligheid en doeltreffendheid te testen. Andere onderzoekers hebben de isotoop gebruikt om de manier te traceren waarop planten kooldioxide omzetten in suiker, wat de ingewikkelde processen blootlegt die de fotosynthese ondersteunen.,

daarnaast is koolstof-14 gebruikt om plankton en andere vormen van zeeleven te bestuderen, wat aantoont hoe het water van de oceanen circuleert in een groot onderling verbonden web van stromingen die de planeet omringen. “Het koolstofgehalte van een vis zal registreren wat hij heeft gegeten, wat op zijn beurt de chemie van het omringende water zal weerspiegelen, die zal worden beïnvloed door hoe de oceaan is gemengd,” zegt Marra., Voor de goede orde, koolstof-14 speelt nu een belangrijke rol in het blootleggen van hoe klimaten zijn veranderd op aarde gedurende tienduizenden jaren, werk van immens belang als wetenschappers worstelen om te begrijpen hoe stijgende koolstofemissies nu leiden tot gevaarlijke wereldwijde verwarming.

” We hebben de afgelopen 60 tot 70 jaar veel inzicht gekregen in de natuurlijke wereld, niet in het minst vanwege koolstof-14″, zegt Marra. Zeker, het is moeilijk om de impact die het heeft gehad op de wetenschap te overdrijven. Toch deden de ontdekkers, Kamen en Ruben, het beiden slecht in het kielzog van hun doorbraak.,kamen, die afkomstig was uit een familie van Litouwse en Wit-Russische emigranten, wekte het vermoeden van Amerikaanse veiligheidstroepen nadat de VS de Tweede Wereldoorlog ingingen en hij werd gezien tijdens een diner met Sovjet consulaire ambtenaren. Hij werd uit zijn laboratorium ontslagen en zijn paspoort werd in beslag genomen. Kamen werd later in 1948 voor het House Un-American Activities Committee gebracht, beschuldigd van het doorgeven van geheimen aan de Sovjets. Pas aan het einde van de eeuw werd zijn reputatie hersteld.

Ruben had nog meer geluk., Na Pearl Harbor begon hij onderzoek naar de fysiologische effecten van fosgeen gas, een chemisch wapen. Tijdens een test brak een ampul van het gas en werd hij besproeid met fosgeen. Hij stierf een paar uur later.als het verhaal van koolstof-14 een van de opmerkelijke voorbeelden is van wetenschappelijke vooruitgang in de 20e eeuw, is het trieste lot van twee van de belangrijkste spelers een teken van de turbulente tijden waarin ze leefden.* Hot Carbon: Carbon-14 and a Revolution in Science van John Marra wordt uitgegeven door Columbia University Press (£27). Om een exemplaar te bestellen, ga naar guardianbookshop.com., Free UK p&p Op alle online bestellingen van meer dan £15

  • Delen op Facebook
  • Delen op Twitter
  • delen via e-mail
  • Delen op LinkedIn
  • Delen op Pinterest
  • Delen op WhatsApp
  • Delen op Messenger.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *