80 години след Тринити: Как частиците от атомната бомба се откриват в телата ни

Изминаха 80 години от първия тест за ядрено оръжие – с кодово име Тринити – взривен над пустинята в Ню Мексико. Днес скритото наследство от тестовете за ядрени бомби все още може да се открие в нашите клетки – и се оказва изненадващо полезно за учените.

То е във вашите зъби. В очите ви и в мозъка ви също. Учените го наричат „бомбения шип“ (или „бомбения импулс“) – и повече от половин век неговият подпис присъства в човешкото тяло.

На 16 юли 1945 г. учени от проекта Манхатън взривиха първото ядрено оръжие, известно като теста Тринити, в Ню Мексико. Експлозията с мощност 18,6 kt освети небето и изпрати взрив от пареща топлина през пустинята, докато огнено кълбо се издигна високо в небето. В следващите дни бели люспи и прах се изсипаха върху райони надолу по течението. Вече разсекретен доклад от онова време предупреждава, че радиоактивните частици са се разпространили на площ от над  6993 кв. км. А този тест беше само началото на атомната ера.

През 50-те години на миналия век е имало толкова много експлозии на ядрени бомби над земята, че те са трансформирали химическия състав на атмосферата – променяйки въглеродния състав на живота на Земята оттогава, заедно с океаните, седиментите, сталактитите и други.

За разлика от директните радиоактивни отпадъци от експлозиите, бомбеният пик не е вреден. Всъщност, той се оказа изненадващо полезен за учените през последните години. Някои дори стигнаха дотам, че го описаха като „сребърната облицовка на гъбения облак“.

Защо? Доказателствата за пулса са толкова повсеместни, че могат, наред с много други прозрения, да кажат на криминалистите кога е роден (или починал) човек, да предоставят открития за възрастта на невроните в мозъка ни, да разкрият произхода на бракониерски уловените диви животни, да определят реколтата на червеното вино и дори да разкрият истинската възраст на вековни акули.

А сега може да помогне и за дефинирането на нова геоложка ера. През юли 2023 г. група учени, занимаващи се с геоложки изследвания, препоръчаха присъствието му в канадско езеро – заедно с други създадени от човека маркери от средата на 20-ти век – да представлява официалното начало на антропоцена.

И така, какво точно представлява бомбения пик и какво може да разкрие той за нас и света?

Преди Договорът за забрана на ядрените опити от 1963 г. да задължи подписалите го държави да тестват ядрени бомби под земята, правителствата взривиха стотици атомни оръжия на открито. Повече от 500 от тези експлозии – проведени главно от САЩ и Русия – изхвърлиха съдържанието си в атмосферата.

Добре установено е, че тези тестове разпространяват радиоактивен материал надалеч и нашир, увреждайки хората и дивата природа и правейки цели региони необитаеми. Може би по-малко известно извън научната лаборатория е, че бомбите са реагирали и с естествен азот, за да образуват нови изотопи – по-специално въглерод-14.

До 60-те години на миналия век, наземните тестове на бомби са произвели почти два пъти повече въглерод-14 в атмосферата в сравнение с предишни нива. Първо изотопът е попаднал във вода, седименти и растителност, а след това е преминал по хранителната верига до хората. Той е достигнал дори до организми в най-дълбоката океанска падина.

„По същество всеки въглероден басейн на Земята, който е бил в обмен с атмосферния CO2 от края на 50-те години на миналия век, е маркиран с бомбен въглерод-14“, пише Валтер Кучера от Виенския университет, който публикува преглед на научните приложения на пика в списание Radiocarbon през 2022 г.

В средата на 20-ти век учените отбелязаха пика на въглерод-14, когато атмосферните тестове спряха, но им отне десетилетия, за да осъзнаят, че повишените нива може да са полезни. От 50-те години на миналия век нататък те използваха въглерод-14 за датиране на палеолитни останки или древни текстове, но това се основаваше на неговия радиоактивен разпад – известен като радиовъглеродно датиране. Изотопът е нестабилен: той се разпада бавно на азот с период на полуразпад от 5730 години. Така че, когато неандерталец е умрял например, количеството въглерод-14 в костите и зъбите му би започнало постепенно да намалява. Ако измерите степента на спада, ще получите дата на смъртта на неандерталец.

Радиокарбоновото датиране обаче е ограничено до проби, които са на повече от 300 години, поради бавната скорост на разпад на изотопа. Допълнително замъгляване на скорошните датировки се дължи на въвеждането на допълнителен въглероден диоксид от човечеството в атмосферата след Индустриалната революция – така нареченият ефект на Зюс.

В началото на века обаче изследователите осъзнават, че пикът на бомбата може да им помогне да използват въглерод-14 по различен начин – и най-важното е, че позволява датиране през последните 70-80 години.

Още от пика през 50-те години на миналия век нивата на изотопа в природата (и при хората) постепенно намаляват. Следователно учените могат да анализират пропорциите на въглерод-14 във всяко органично вещество, което е обменило атмосферен въглерод след тестовете, и да определят прозореца, в който се е образувал, с точност до една до две години.

И това включва вас и мен. Ако сте родени през 50-те години на миналия век, вашите тъкани ще са натрупали повече въглерод-14 от дете от 80-те години на миналия век, но нивата едва сега се приближават до предатомното състояние.

Съдебномедицински анализ

Едно от най-ранните приложения на пика на бомбата беше да помогне на разследващите престъпления, които се стремят да установят възрастта на неидентифицирани човешки останки. Съдебни учени са открили, че могат да измерват въглерод-14 от бомбата в зъби, кости, коса или дори лещите на окото, за да им помогнат да преценят на колко години е бил човек или кога е починал, според Еден Сентейн Джонстоун-Белфорд от университета Монаш и Сорен Блау от Викторианския институт по съдебна медицина в Австралия.

В преглед от 2019 г. Сентейн Джонстоун-Белфорд и Блау цитират множество примери, в които пикът на бомбата е информирал полицейските разследвания. Например, през 2010 г. следователите са го използвали, за да потвърдят, че тяло, открито в северноиталианско езеро, е било изхвърлено там от убиеца предходната година.

Двамата също така посочват, че познаването на времето на смъртта може да бъде „жизненоважно определящо в случаи на нарушаване на правата на човека, като военни престъпления, геноцид и извънсъдебни екзекуции“. През 2004 г. например, датирането с бомбен пик на проби от коса от масов гроб в Украйна позволи на следователите да идентифицират нацистко военно престъпление, извършено между 1941 и 1952 г.

Многобройните приложения на бомбения пик

ВИНОРЕКОЛЕДНИ ВИНА: През 2011 г. изследователи от Университета в Аделаида показаха, че бомбеният въглерод-14 в гроздето и други съединения може точно да датира виното.

СЛОНОВЕТЕ: Анализът на бомбения пик на уловени бивни показа, че слоновете са умрели през предходните три години, което помогна да се обясни намаляването на популацията.

ВЪЗРАСТ НА АКУЛИТЕ: Гренландските акули са изумително стари, но е необходим анализ на въглерод-14 на очната им леща, за да се разкрие истинска възраст: 400 години.

Бомбеният пик също така отключи нови научни открития, разкривайки нови прозрения за клетките в нашите тела и мозък. През 2005 г. биологът Кърсти Спалдинг от Каролински институт в Швеция и колегите ѝ показаха, че е възможно да се определи относителната възраст на нашите клетки чрез анализ на бомбения въглерод-14 в тяхната ДНК. В няколко последващи проучвания тя използва техниката, за да отговори на въпроса дали определени клетки в телата ни съществуват от раждането или се подменят непрекъснато.

Например, през 2008 г. Спалдинг и колегите ѝ показаха, че тялото непрекъснато замества мастните клетки, наречени адипоцити, докато клетките умират. Броят на тези мастни клетки, установи тя, остава постоянен през зряла възраст – което обещава нови начини за справяне със затлъстяването.

„Разбирането, че това е динамичен процес, отваря нови пътища за терапия, които могат да включват манипулиране на скоростта на раждане или смърт на мастните клетки, в комбинация с упражнения и диета, за да се помогне за намаляване на броя на мастните клетки при затлъстяване“, казва тя.

През 2013 г. Спалдинг и колегите ѝ също използваха бомбения пик, за да изследват оборота на мозъчните клетки. В продължение на много години изследователите приемаха, че броят на невроните е фиксиран в детството и всъщност по-ранните ѝ изследвания предполагаха, че това е така в области като кората на мозъка. Въпреки това, използвайки въглерод-14 за датиране на невроните в хипокампуса, тя и нейният екип потвърдиха, че нови неврони могат да се произвеждат там през целия възрастен живот.

Потвърдено от други изследвания, възможното съществуване на „неврогенеза при възрастни“ се оказа едно от най-важните открития в невронауката през последните 20 години. Въпреки че науката далеч не е окончателно установена, тя предложи нови пътища за медицински стратегии, които биха могли да предотвратят загубата на неврони чрез заболяване или дори да увеличат генерирането на нови неврони.

Зората на нова ера

И накрая, бомбеният пик наскоро беше номиниран като един от няколкото маркера, които биха могли да помогнат за официалното признаване на зората на антропоцена – новата геоложка ера, определена от човешката дейност.

Не след дълго след като идеята за антропоцена се появява, геолозите започват да обсъждат как да определят местоположението му на Земята с така наречения „златен шип“ – скала, ледено ядро или слой от седименти, където започва нова ера в стратиграфския запис. Всеки голям геоложки период има такъв. Началото на холоцена е белязано от определено ледено ядро от центъра на Гренландия. Основата на юрския период започва в Австрийските Алпи, при прохода Кухйох в планините Карвендел, където за първи път се появява гладкочерупчестият амонит Psiloceras. И един от най-старите златни шипове на Земята може да се открие в планините Флиндърс в Австралия, отбелязвайки началото на Едиакарския период преди повече от 600 милиона години – период, когато климатът периодично се е спускал към „Земя на снежната топка“.

През годините са изследвани различни признаци на човешка дейност като възможности за отбелязване на началото на антропоцена: това може да е покачването на метана, причинено от ранното земеделие преди хиляди години (наблюдавано в ледени ядра), доказателства за ранно замърсяване с олово от минното дело и топенето преди 3000 години или покачването на страничните продукти от изкопаемите горива по време на индустриалната революция.

Въпреки това, през 2016 г. Работната група по антропоцен (AWG) – част от организацията, натоварена с вземането на решението – препоръча 50-те години на миналия век, когато пикът на въглерод-14, причинен от бомбите, е навлязъл в геоложкия запис, заедно с други ядрени маркери като плутониеви отпадъци и изотопи като цезий-137 и стронций-90, както и изкуствени отлагания като сфероидни въглеродни частици (SCPs), вид летяща пепел, произведена от изгарянето на въглища при високи температури.

Не всички са съгласни, че изборът на 50-те години на миналия век е добра идея – всъщност един член на групата наскоро подаде оставка в знак на протест, твърдейки, че дълбокото човешко въздействие е започнало много по-рано. Работната група обаче предлага средата на 20-ти век да бележи ясна, разпознаваема точка в геоложките пластове, когато човечеството е заявило своето присъствие в природата наистина и напълно по целия свят. Според тях това съвпада и с „голямото ускорение“, когато нашето въздействие върху планетата се увеличи експоненциално чрез експоненциално увеличение на емисиите на парникови газове, използването на вода и земя, окисляването на океана, експлоатацията на рибните стопанства, загубата на тропически гори и други.

И бомбардиращият пик ще продължи дълго време, което ще позволи на геолозите да го видят след десетки хиляди години.

„Радиовъглеродният сигнал ще бъде откриваем около 60 000 години и е сравнително рутинен анализ“, казва геологът Колин Уотърс от Университета в Лестър, който председателства AWG.

AWG проучи 12 кандидат-места, които биха могли да приютят официалния златен шип, включително пещера в Италия, където бомбеният импулс и другите маркери са обвити в сталактити, археологически разкопки във Виена, торфена зона близо до границата между Чехия и Полша и коралов риф край североизточния бряг на Австралия.

През юли 2023 г. те препоръчаха (вероятно по-скоро скандален) „победител“: езерото Крофорд в Онтарио, Канада. Ядро от калните езерни седименти, съдържащо въглерод-14, особено рязък плутониев маркер и други изкуствени подписи, беше извадено, за да се съхранява на безопасно място. 

Предложението обаче оттогава е затънало в научна бюрокрация и през март 2024 г. Подкомисията по кватернерна стратиграфия към Международната комисия по стратиграфия отхвърли предложенията за антропоценска епоха като официална единица за геоложко време.

Ако ядрото на езерото някога стане официално обозначение, това технически означава, че и ние ще държим един от маркерите за зората на антропоцена в клетките си. Бъдещите поколения няма да го държат, защото повишеното ниво на въглерод-14 почти се е върнало до предишните си нива. Следователно, ако утрешните археолози случайно изучат нашите запазени телесни останки, това може да им разкаже за уникален момент в историята – време на ядрени бомби, голямо ускорение и век, когато хората започнаха да оказват влияние върху природата, различно от всякога преди.

*Ричард Фишър е автор на „Дългосрочният поглед: Защо трябва да трансформираме как светът вижда времето“ и старши журналист за BBC Future.