Martin Kamen pracował przez trzy dni i trzy noce bez snu. Amerykański chemik kończył projekt, w którym wraz z kolegą, Samem Rubenem, bombardował kawałek grafitu cząstkami subatomowymi. Celem ich pracy było stworzenie nowych form węgla, które mogłyby mieć praktyczne zastosowanie.,

wyczerpany, Kamen opuścił swoje laboratorium w Berkeley w Kalifornii, po zakończeniu projektu we wczesnych godzinach 27 lutego 1940 roku. Desperacko potrzebował przerwy. Rumpled, red eyed i z trzydniowym wzrostem brody, wyglądał jak bałagan.

i to było niefortunne. Policja z Berkeley szukała zbiegłego skazańca, który właśnie popełnił kilka morderstw. Więc kiedy zobaczyli zaniedbanego Kamena, szybko go zgarnęli, wsadzili go do radiowozu i przesłuchali jako podejrzanego zabójcę.,

w ten sposób jedna z najbardziej rewolucyjnych prac badawczych podjętych w minionym stuleciu została prawie zakończona przy urodzeniu, gdy jeden z jej czołowych naukowców został oskarżony o morderstwo. Dopiero gdy świadkowie wyjaśnili, że Kamen nie był człowiekiem, którym była policja, został wypuszczony i pozwolono mu wrócić do laboratorium radiacyjnego Uniwersytetu Kalifornijskiego, aby zobaczyć bryłę grafitu, którą on i Ruben napromieniowali.,

nie zajęło im wiele czasu, aby uświadomić sobie, że wyprodukowali substancję o niezwykłych właściwościach, która od tego czasu przekształciła wiele różnych dziedzin nauki i nadal pomaga naukowcom w dokonywaniu poważnych odkryć. Poprzez napromieniowanie grafitu stworzyli węgiel-14.

Martin Kamen w 1939 roku., Fotografia: US National Archives Public Domain Archive

„ta ponura noc i poranek z 27 lutego 1940 r.rozpoczęła rewolucję w fizjologii, biochemii, archeologii, geologii, biomedycynie, Oceanografii, paleoklimatologii i Antropologii, a także chemii jądrowej”, mówi badacz środowiska John Marra, autor nowo opublikowanego Hot Carbon: Carbon-14 i rewolucji w nauce. „Węgiel-14, być może najważniejszy izotop życia na Ziemi, narodził się”.”

węgiel-14 ma w swoim jądrze sześć protonów i osiem neutronów., Natomiast większość węgla w naszym ciele i w świecie zewnętrznym, znany jako węgiel-12, ma sześć protonów i sześć neutronów. Co najważniejsze, te dwa dodatkowe neutrony sprawiają, że jądro atomu węgla-14 jest niestabilne tak, że rozpada się radioaktywnie w atom azotu. Co ważniejsze, rozpady te są stosunkowo rzadkie, dzięki czemu możliwe jest zmierzenie zmian w próbce węgla w ciągu dziesiątek tysięcy lat. (Patrz ramka poniżej.)

„węgiel jest tym, z czego jesteśmy stworzeni”, mówi Marra, która jest profesorem nauk o Ziemi i środowisku na Brooklyn College w Nowym Jorku. „Węgiel to życie., Jest to również fundamentalne dla tego, jak żyjemy, jak Ziemia nadaje się do zamieszkania – prawie wszystko. A od czasu odkrycia długowiecznego radioizotopu węgla, mamy niesamowite narzędzie do zagłębienia się w prawie każdy aspekt istnienia na ziemi – a być może we wszechświecie.”

jak Marra ujawnia w tej niezwykłej historii węgla-14, naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że izotop musi wpływać na żywe istoty dzisiaj. Promienie kosmiczne rozbijają górną atmosferę i wysyłają kaskady neutronów przez powietrze-wyliczyli., Neutrony te uderzają w atomy azotu, głównego składnika ziemskiej atmosfery, a niektóre przekształcają w atomy węgla-14. Z kolei Atomy te łączą się z tlenem tworząc radioaktywny dwutlenek węgla który jest absorbowany przez rośliny, a następnie zjadany przez zwierzęta. „W ten sposób każda żywa istota na Ziemi staje się radioaktywna, choć nieznacznie” – mówi Marra.

i dotarło do Willarda Libby ' ego z Uniwersytetu Chicagowskiego, że radioaktywność generowana przez węgiel-14 Może być wykorzystana na ogromną korzyść., Chemik, który pracował nad projektem Manhattan, aby zbudować pierwszą bombę atomową, Libby zdał sobie sprawę, że kiedy organizm umrze, przestanie absorbować węgiel, w tym węgiel-14, a jego istniejący magazyn tego ostatniego powoli się rozpadnie. Tak więc, mierząc radioaktywność próbki pobranej z organizmu, można oszacować zawartość węgla-14 i zmierzyć datę jego śmierci. Nauki z zakresu archeologii i paleontologii miały zostać zrewolucjonizowane.

trzeba było jednak przezwyciężyć poważny problem., Węgiel – 14 występuje tylko w bardzo niskim poziomie w tkankach niedawno zmarłych zwierząt i roślin: około jednego na bilion ich atomów węgla to węgiel-14. Natomiast naturalne promieniowanie tła-pochodzące z toru i uranu w skałach i innych źródłach-jest znacznie wyższe. Jak naukowcy mogliby oddzielić słaby sygnał carbon-14 od tego przytłaczającego szumu tła?

Libby rozwiązał problem, starannie osłaniając detektory i opracowując sposoby dostrajania promieniowania, które przedostało się do ścian jego urządzenia., Następnie zwrócił się do gazowego metanu, który zawiera węgiel, aby zapewnić ostateczną walidację swojej techniki, porównując próbki z dwóch bardzo różnych źródeł. Jedna próbka została wyekstrahowana z gazu ziemnego, paliwa kopalnego, którego węgiel-14 powinien już dawno zniknąć. Drugi pochodził z systemu kanalizacyjnego miasta Baltimore i został wydobyty z ludzkich odchodów. Powinien być bogaty w węgiel-14, który właśnie został wyprodukowany przez ludzi, uzasadniła Libby.

i właśnie to znalazł. Starożytny metan nie miał węgla-14., Natomiast Metan nowo wydalany przez ludzi był stosunkowo bogaty w izotop. Jak mówi Marra: „ludzkie odpady z linii kanalizacyjnych wysłały naukę dalej.”

Libby następnie dostarczył ostateczny dowód swojej technologii datowania, mierząc radioaktywność-i wnioskując, wiek-serii próbek organicznych znanych starożytności: drewna z egipskiego statku pogrzebowego Sesostris III, płótna, które zawijały zwój z Morza Martwego i bułki, które zostały „ugotowane” w erupcji wulkanu, który pogrzebał Pompeje. Jego wyniki idealnie pasowały do znanych dat zeskanowanych przedmiotów.,

było to genialne przedsięwzięcie, za które Libby otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1960 roku, choć w pewnym sensie miał szczęście. Libby zakładał, że tempo produkcji węgla-14 w atmosferze było stałe przez ostatnie kilkadziesiąt tysięcy lat. W rzeczywistości, jest ona dość szeroko zróżnicowana, dzięki zmianom aktywności plam słonecznych, próbom atmosferycznych bomb atomowych i rosnącej emisji dwutlenku węgla z paliw kopalnych. Naukowcy zdają sobie sprawę z tego, że należy je dokładnie uwzględnić przy szacowaniu wieku, choć podstawa datowania radiowęglowego pozostaje solidna.,

Willard Libby otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii, grudzień 1960. Fotografia: Bettmann Archive

ostatnio datowanie radiowęglowe zmieniło się od zwykłego pomiaru radioaktywności emitowanej przez jądra węgla-14 do bezpośredniego zliczania liczby atomów izotopu w próbce. Odbywa się to za pomocą techniki o nazwie Accelerator mass spectrometry (AMS), która pozwoliła naukowcom datować kości, artefakty i inne elementy na bazie węgla z najmniejszej próbki. „To był ogromny postęp”, mówi Marra., „Zamiast gramów materiału do analizy, AMS wymaga tylko miligramów.”

w ten sposób twórcy AMS wywołali rewolucję randkową, która rozpoczęła się w latach 60.i od tego czasu” zapoczątkowała rewolucję 'nowej archeologii'”, mówi Marra. Jeden z przykładów użycia węgla-14 doprowadził do obalenia idei, że dawne Kultury zachodnioeuropejskie polegały na praktykach i ideach, które zaczęły się na Bliskim Wschodzie i powoli rozprzestrzeniały się na zachód wraz z rozprzestrzenianiem się rolnictwa., Datowanie radiowęglowe ujawniło zupełnie inny obraz i pokazało, że neolityczne kultury Wielkiej Brytanii, Francji i Europy Środkowej musiały ewoluować niezależnie.

później technika była używana przez laboratoria w Wielkiej Brytanii, Szwajcarii i Stanach Zjednoczonych do tej pory len używany do tkania Całunu Turyńskiego. Ta tkanina, naznaczona negatywnym wizerunkiem brodatego mężczyzny, była uważana przez niektórych za Całun pogrzebowy, w który Jezus został owinięty po ukrzyżowaniu. Używając tylko kilku fragmentów tkaniny, naukowcy datowali ją na lata 1260-1390.,

Pokaż więcej

przez lata zastosowania węgla-14 rozprzestrzeniły się znacznie poza datowanie starożytnych artefaktów. Leki mogą być oznakowane węglem-14 i następnie przechodzą przez organizm w celu sprawdzenia ich bezpieczeństwa i skuteczności. Inni naukowcy wykorzystali izotop do śledzenia sposobu, w jaki rośliny przekształcają dwutlenek węgla w cukier, ujawniając skomplikowane procesy leżące u podstaw fotosyntezy.,

ponadto węgiel-14 został wykorzystany do badania planktonu i innych form życia morskiego, ujawniając, w jaki sposób wody oceanów krążą w Wielkiej połączonej sieci prądów, które krążą wokół planety. „Zawartość węgla w rybach będzie rejestrować to, co je, co z kolei będzie odzwierciedlać chemię otaczającej wody, na którą będzie miał wpływ sposób mieszania się Oceanu”, mówi Marra., Na dobrą sprawę, węgiel-14 odgrywa obecnie ważną rolę w odkrywaniu, w jaki sposób klimat zmieniał się na Ziemi przez dziesiątki tysięcy lat, a prace mają ogromne znaczenie, ponieważ naukowcy walczą o zrozumienie, w jaki sposób rosnąca emisja dwutlenku węgla powoduje obecnie niebezpieczne globalne ogrzewanie.

„w ciągu ostatnich 60-70 lat uzyskaliśmy znaczne zrozumienie świata przyrody, w dużej mierze dzięki węglowi-14”, mówi Marra. Z pewnością trudno wyolbrzymić jego wpływ na naukę. Jednak jego odkrywcy, Kamen i Ruben, obaj radzili sobie źle w wyniku ich przełomu.,

Kamen, który pochodził z rodziny emigrantów litewskich i białoruskich, wzbudził podejrzenia amerykańskich sił bezpieczeństwa po wejściu USA do II wojny światowej i był obserwowany przez sowieckich urzędników konsularnych. Zwolniono go z laboratorium, a jego paszport skonfiskowano. Kamen został później postawiony przed House Un-American Activities Committee w 1948 roku, oskarżony o przekazywanie tajemnic Sowietom. Dopiero pod koniec wieku jego reputacja została zrehabilitowana.

Ruben miał jeszcze gorsze szczęście., Po Pearl Harbor rozpoczął badania nad fizjologicznym działaniem gazu fosgenowego, broni chemicznej. Podczas jednego z testów pękła ampułka z gazem i został spryskany fosgenem. Zmarł kilka godzin później.

Jeśli historia carbon-14 jest jednym z niezwykłych przykładów postępu naukowego w XX wieku, smutne losy dwóch jej głównych graczy są oznaką burzliwych czasów, w których żyli.

• Hot Carbon: Carbon-14 and a Revolution in Science by John Marra is published by Columbia University Press (£27). Aby zamówić kopię przejdź do guardianbookshop.com., Free UK p&p on all online orders over £15

  • Share on Facebook
  • Share on Twitter
  • Share via Email
  • Share on LinkedIn
  • Share on Pinterest
  • Share on WhatsApp
  • Share on Messenger

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *