爆弾パルス

爆弾パルスとは、1945年に始まり、1950年以降、米国、ソ連、英国が部分的核実験禁止条約に署名した1963年まで激化した数百回の地上核爆弾実験により、地球の大気中の炭素14（14C）が急激に増加した現象^である。[ 2 ]これら^の数百回の爆発の後、大気中の14Cの相対濃度は2倍になった。^[ 3 ^]

「相対濃度」という用語が使われている理由は、質量分析計による^{14 C レベルの測定は、別の炭素同位体、多くの場合共通同位体である12} C との比較によって最も正確に行われるためです。同位体存在比は測定が容易なだけでなく、¹⁴ C 炭素年代測定者が求めているものでもあります。なぜなら、年代測定で重要なのは、絶対濃度ではなく、サンプル中の 14 C である炭素の割合だからです。この図は、大気中の 14 C である炭素の割合^(わずか1 兆分の 1 のオーダー) が、核実験後の過去数十年間でどのように変化したかを示しています。¹² C 濃度は過去 50 年間で約 30% 増加したため、同位体比を測定する「pMC」が (ほぼ) 1955 年の値に戻ったという事実は、大気中の¹⁴ C 濃度が以前よりも約 30% 高いままであることを意味します。炭素の放射性同位体である炭素 14 は、大気中に微量に自然に生成され、すべての生物で検出されます。あらゆる種類の炭素は、生物の細胞の分子を形成するために継続的に使用されます。大気中の¹⁴ Cの濃度が倍増したことは、核実験の時期に生息していたすべての生物の組織と細胞に反映されています。この特性は、生物学や法医学の分野で多くの用途があります。

放射性同位体炭素14は、中性子を生成する入射宇宙線によって、上層大気中の窒素14（¹⁴ N）から絶えず生成されます。これらの中性子は¹⁴ Nと衝突して¹⁴ C を生成し、これが酸素と結合して¹⁴ CO ₂を形成します。この放射性CO _{2 は}下層大気と海洋に広がり、そこで植物や植物を食べる動物に吸収されます。放射性同位体^{14 C はこのようにして}生物圏の一部となり、すべての生物が一定量の¹⁴ C を含みます。核実験は大気中の¹⁴ C の急激な増加を引き起こしました（図を参照）。これは、原子爆弾の爆発によっても中性子が生成され、これが再び¹⁴ N と衝突して¹⁴ C を生成するためです。1963年に核実験が禁止されて以来、大気中の¹⁴ C 相対濃度は毎年4%のペースでゆっくりと減少しています。この継続的な減少により、科学者は亡くなった人の年齢を特定したり、組織内の細胞活動を研究したりすることが可能になる。細胞集団内の14Cの量を測定し、それを爆弾パルス中または爆弾パルス後の大気中の14Cの量と比較することで^、科学者は細胞がいつ生成されたか、そしてそれ以降に細胞がどのくらいの頻度で入れ替わったかを推定できる。^[3]

放射性炭素年代測定は、1946 年以来、50,000 年も前の有機物質の年代を決定するために使用されています。生物が死ぬと、環境との^{14 C の交換がなくなり、取り込まれた14} C は崩壊します。放射性同位元素は着実に崩壊するため ( ¹⁴ Cの半減期は約 5,730 年)、死んだ生物に残っている¹⁴ Cの相対量を使用して、その生物が死亡した時期を計算できます。爆弾パルス年代測定は、炭素年代測定の特別な形式と考えるべきです。上記およびRadiolab のエピソード「元素」 (「炭素」のセクション) で説明したように、^{[4]爆弾パルス年代測定では、大気中の14} C が生物圏によってゆっくりと吸収されることをクロノメーターとして考えることができます。1963 年頃のパルスから始まり (図を参照)、大気中の放射性炭素の相対的存在量は 1 年に約 4% 減少しました。したがって、爆弾パルス年代測定では、大気中の¹⁴ Cの相対量が減少しており、古典的な放射性炭素年代測定の場合のように死んだ生物内の^{14 C の量が減少しているわけではありません。大気中の14} C のこの減少は細胞や組織で測定でき、科学者は個々の細胞や死亡した人の年齢を判定できるようになりました。^{[5] [6] [7]これらの用途は}、パルスチェイス分析で行われる実験と非常によく似ています。パルスチェイス分析では、細胞を標識化合物 (パルス) にさらし、次に同じ化合物の非標識形式 (チェイス) にさらすことで、時間の経過に伴う細胞プロセスが調べられます。放射能は、これらの実験でよく使用されるラベルです。パルスチェイス分析と爆弾パルス年代測定の重要な違いは、後者にはチェイスがないことです。

2030年頃には爆弾パルスは消滅する。それ以降に生まれた生物は爆弾パルスの痕跡が検出できず、その細胞をこのように年代測定することはできない。細胞のターンオーバーを研究するためだけに放射性パルスを人間に投与することは倫理的に不可能なので、爆弾パルスの結果は核実験の有用な副作用とみなされるかもしれない。^[4]

細胞や組織が核実験中および核実験後に大気中の14Cが2倍に増加したことを反映しているという事実は^、いくつかの生物学的研究、法医学、さらには特定のワインが生産された年の判定に非常に役立っています。^[8]

カースティ・スポルディングが行った生物学的研究は、神経細胞は本質的に静的であり、生涯にわたって再生しないことを証明した。 ^[9]彼女はまた、脂肪細胞の数は幼少期と青年期に決定されることを示した。DNA中に存在する14Cの量を考慮すると、^脂肪細胞の10％が毎年再生されることを彼女は立証できた。^[10]放射性炭素爆弾パルスは、淡水ドラム^[11] 、^[12]、青蝶[12] 、^[13]、ビッグマウスバッファロー^[14]、^[15]、いくつかのサンゴ礁の魚類^{[16] 、[17]} 、その他多数の検証済みの淡水および海洋種を含むいくつかの魚種の耳石輪（^{耳石切片から記録された年齢）を}検証するために使用されてきた。爆弾放射性炭素年代の検証精度は、上昇期（1956-1960年）が非常に急峻であるため、通常+/- 2年以内です。^{[11] [14] [15]爆弾パルスは、成長中の眼の水晶体への14C}の取り込みを測定することで、グリーンランドサメの年齢を推定するためにも使用されました（検証ではありません）。爆弾パルスの前後に生まれたサメの年齢を決定し、体長を測定した後、サメの体長と年齢を相関させた数学モデルを作成し、より大きなサメの年齢を推測することができました。この研究により、392 +/- 120歳のグリーンランドサメが、知られている中で最も古い脊椎動物であることが示されました。^[18]

死の瞬間に炭素の吸収は終了する。爆弾の14Cパルスを含む組織は年間4％の割合で急速に減少していたことを考慮すると^、急速に変化する組織を検査することで、裁判で2人の女性の死亡時刻を確定することができた。^[5] もう1つの重要な応用は、歯の検査による2004年の東南アジア津波の犠牲者の身元確認である。^[6]

核実験による大気中の14Cの変動は、大気輸送モデルを検証し、大気と海洋または陸上の吸収源との間の炭素の移動を研究する機会となった。^[ 19 ^]

大気中の^14Cは、年輪の年代を検証し、年輪のない最近の木の年代を測定するために使用されています。^[20]また、目に見える年輪がない熱帯の樹木やヤシの成長率を知るためにも使用できます。^[21]

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