Martin Kamen hade arbetat i tre dagar och tre nätter utan sömn. Den amerikanska kemisten avslutade ett projekt där han och en kollega, Sam Ruben, hade bombarderat en bit grafit med subatomiska partiklar. Syftet med deras arbete var att skapa nya former av kol, sådana som kan ha praktiska användningsområden.,

utmattad, Kamen stapplade ut ur sitt laboratorium i Berkeley i Kalifornien, efter att ha avslutat projektet i de tidiga timmarna av 27 februari 1940. Han behövde desperat en paus. Rumpled, rödögd och med en tre dagars tillväxt av skägg såg han en röra.

och det var olyckligt. Berkeley polisen letade sedan efter en förrymd fånge som just hade begått flera mord. Så när de såg den ovårdade Kamen plockade de snabbt upp honom, buntade honom på baksidan av sin patrullbil och förhörde honom som en misstänkt mördare.,

således en av de mest revolutionära bitar av forskning som gjorts under det senaste århundradet var nästan avslutas vid födseln när en av dess ledande forskare anklagades för mord. Det var först när vittnen klargjorde att Kamen inte var mannen polisen var efter att han släpptes och fick gå tillbaka till University of California Radiation Laboratory för att titta på klump av grafit som han och Ruben hade bestrålat.,

det tog inte lång tid för paret att inse att de hade producerat ett ämne med anmärkningsvärda egenskaper, en som sedan dess har förvandlat en mängd olika vetenskapliga områden och fortsätter att hjälpa forskare att göra stora upptäckter. Genom att bestråla grafit hade de skapat kol-14.

Martin Kamen 1939., Foto: US National Archives Public Domain Arkiv

”Det dystra natten och morgonen den 27 februari 1940 började en revolution i fysiologi, biokemi, arkeologi, geologi, biomedicin, oceanografi, palaeoclimatology och antropologi samt kärnkemi, säger miljö-forskaren John Marra, författare till den nyligen publicerade Hot Kol: Kol-14 och en Revolution inom Vetenskapen. ”Kol-14, kanske den viktigaste isotopen till livet på jorden, var ”född”.”

kol-14 har sex protoner och åtta neutroner i sin kärna., Däremot har det mesta av kolet i våra kroppar och i omvärlden, känd som carbon-12, sex protoner och sex neutroner. Avgörande är att dessa två extra neutroner gör kärnan i en kol-14-atom instabil så att den sönderfaller radioaktivt i en kväveatom. Ännu viktigare är att dessa sönderfall är relativt sällsynta så att det är möjligt att mäta förändringar i ett kolprov över tiotusentals år. (Se rutan nedan.)

”kol är vad vi är gjorda av”, säger Marra, som är professor i jord-och miljövetenskap vid Brooklyn College, New York. ”Kol är livet., Det är också grundläggande för hur vi lever, hur Jorden är beboelig-ganska mycket allt. Och sedan upptäckten av en långlivad radioisotop av KOL, har vi ett fantastiskt verktyg för att gräva i nästan alla aspekter av existens på jorden-och kanske universum.”

som Marra avslöjar i denna anmärkningsvärda historia av kol-14 insåg forskarna snabbt att isotopen måste påverka levande varelser idag. Kosmiska strålar smet den övre atmosfären och skicka kaskader av neutroner genom luften, beräknade de. , Dessa neutroner slår till atomer av kväve, huvudkomponenten i jordens atmosfär och omvandlar vissa till atomer av kol-14. I sin tur kombinerar dessa atomer med syre för att skapa radioaktiv koldioxid som absorberas av växter, som sedan äts av djur. ”Varje levande sak på jorden blir således radioaktiv, om än något,” säger Marra.

och det gick upp på Willard Libby från Chicago University att radioaktiviteten som genereras av carbon-14 skulle kunna utnyttjas till enorm fördel., En kemist som hade arbetat med Manhattan-projektet för att bygga den första atombomben insåg Libby att när en organism dör kommer den att sluta absorbera KOL, inklusive kol-14, och dess befintliga butik av den senare kommer långsamt att förfalla. Så, genom att mäta radioaktiviteten hos ett prov som tagits från organismen, kunde dess kol-14-innehåll uppskattas och datumet för dödstiden kunde mätas. Vetenskaperna inom arkeologi och paleontologi var på väg att revolutioneras.

ett stort problem måste dock övervinnas., Kol-14 finns i endast mycket låga nivåer i vävnaden hos nyligen avlidna djur och växter: ungefär en av en biljon av deras kolatomer är kol-14. Däremot är naturlig bakgrundsstrålning – från Torium och uran i stenar och andra källor – mycket, mycket högre. Hur kan forskare skilja carbon-14S svaga signal från detta överväldigande bakgrundsbrus?

Libby löste problemet genom att noggrant skydda sina detektorer och utveckla sätt att ställa ut all strålning som gjorde det till väggarna på hans enhet., Sedan vände han sig till gasmetan, som innehåller kol, för att ge slutlig validering av sin teknik, jämföra prover från två mycket olika källor. Ett prov extraherades från naturgas, ett fossilt bränsle vars kol-14 borde ha förfallit för länge sedan. Den andra kom från staden Baltimore avloppssystem och extraherades från mänsklig avföring. Den bör vara rik på kol-14, som just har producerats av människor, Libby motiverade.

och det är precis vad han hittade. Forntida metan hade inget kol-14., Däremot var metan som nyligen utsöndrades av människor relativt rik på isotopen. Som Marra säger: ”mänskligt avfall från avloppsledningar skickade vetenskapen framåt.”

Libby gav sedan slutgiltigt bevis på sin datingteknik genom att mäta radioaktiviteten – och av inferens åldern – av en serie organiska prover av känd antiken: trä från det egyptiska begravningsskeppet Sesostris III, linne som hade lindat en Dödhavsrulle och en brödrulle som hade ”kokats” i vulkanutbrottet som begravde Pompeii. Hans resultat matchade perfekt de kända datumen för de objekt han hade skannat.,

det var ett lysande företag för vilket Libby tilldelades Nobelpriset för kemi 1960, även om han hade tur i en mening. Libby antog att graden av kol-14 produktion i atmosfären hade varit konstant under de senaste tiotusentals år. I själva verket har det varierat ganska mycket, tack vare förändringar i sunspot aktivitet, atmosfäriska atombomb tester och stigande utsläpp av koldioxid från fossila bränslen. Dessa måste beaktas noggrant vid uppskattning åldrar, forskare inser nu, även om den underliggande grunden för radiokarbon dejting förblir ljud.,

Willard Libby ges Nobelpriset i kemi, december 1960. Fotografi: Bettmann Arkiv

nyligen har radiokarbon dejting förändrats från att helt enkelt mäta radioaktiviteten som avges av kol-14 kärnor till direkt räkna antalet atomer av isotopen i ett prov. Detta görs med hjälp av en teknik som kallas accelerator mass spectrometry (AMS), som har gjort det möjligt för forskare hittills ben, artefakter och andra kolbaserade föremål från det minsta provet. ”Detta var ett stort framsteg, säger Marra., ”Istället för gram material för att analysera kräver AMS endast milligram.”

På detta sätt, utvecklarna av AMS utlöste en dejting revolution som började på 60-talet och har sedan ”inlett i en” ny arkeologi ”revolution”, säger Marra. Ett exempel som gällde användningen av kol-14 resulterade i att idén om att tidigare västeuropeiska kulturer hade förlitat sig på metoder och idéer som började i Mellanöstern och långsamt spreds västerut med spridningen av jordbruket upphävdes., Radiokarbon dejting avslöjade en helt annan bild och visade att de neolitiska kulturerna i Storbritannien, Frankrike och Centraleuropa måste ha utvecklats oberoende.

senare användes tekniken av laboratorier i Storbritannien, Schweiz och USA hittills det lin som användes för att väva Turin-höljet. Denna duk, markerad med den negativa bilden av en skäggig man, trodde av vissa att vara begravningshöljet där Jesus var insvept efter korsfästelsen. Med bara några fragment av tyg daterade forskare det till 1260-1390AD.,

Visa mer

genom åren har användningen av kol-14 spridit sig långt bortom dating antika föremål. Läkemedel kan märkas med kol-14 och följas när de passerar genom kroppen för att testa deras säkerhet och effekt. Andra forskare har använt isotopen för att spåra hur växter omvandlar koldioxid till socker och avslöjar de invecklade processer som ligger till grund för fotosyntesen.,

dessutom har carbon-14 utnyttjats för att studera plankton och andra former av havsliv, vilket avslöjar hur oceanernas vatten cirkulerar i ett stort sammankopplat nät av strömmar som sveper runt planeten. ”Kolinnehållet i en fisk kommer att registrera vad den har ätit, vilket i sin tur kommer att återspegla kemin i det omgivande vattnet, vilket kommer att påverkas av hur havet har blandat”, säger Marra., För bra åtgärd spelar carbon-14 nu en viktig roll för att avslöja hur klimat har förändrats på jorden under tiotusentals år, arbete av enorm betydelse som forskare kämpar för att förstå hur stigande koldioxidutsläpp nu utlöser farlig global uppvärmning.

”Vi har fått stor förståelse för den naturliga världen under de senaste 60 till 70 åren, inte i någon liten del på grund av kol-14”, säger Marra. Visst är det svårt att överdriva den inverkan det har haft på vetenskapen. Men dess upptäckare, Kamen och Ruben, båda klarade sig illa i kölvattnet av deras genombrott.,

Kamen, som kom från en familj av Litauiska och vitryska émigrés, väckte misstanken om amerikanska säkerhetsstyrkor efter att USA gick in i andra världskriget och han observerades äta med sovjetiska konsulära tjänstemän. Han blev summariskt avskedad från sitt laboratorium och hans pass beslagtogs. Kamen togs senare till huset Un-American Activities Committee 1948, anklagad för att ha skickat hemligheter till Sovjet. Det var inte förrän i slutet av seklet att hans rykte rehabiliterades.

Ruben hade ännu värre tur., Efter Pearl Harbor började han forskning om de fysiologiska effekterna av fosgengas, ett kemiskt vapen. Under ett test bröt en ampull av gasen och han sprutades med fosgen. Han dog några timmar senare.

om historien om kol-14 är ett av de anmärkningsvärda exemplen på vetenskapliga framsteg under 1900-talet är de sorgliga öden av två av dess huvudaktörer ett tecken på de turbulenta tiderna där de bodde.

• Hot Kol: Kol-14 och en Revolution inom Vetenskapen av John Marra är utgiven av Columbia University Press (£27). För att beställa en kopia gå till guardianbookshop.com. – herr talman!, Gratis UK p&p på alla online order över £15

  • Dela på Facebook
  • Dela på Twitter
  • dela via e-post
  • Dela på LinkedIn
  • Dela på Pinterest
  • Dela på WhatsApp
  • Dela på Messenger.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *