El pulso de la bomba es el aumento repentino de carbono-14 ( 14 C) en la atmósfera de la Tierra debido a los cientos de pruebas de bombas nucleares en la superficie que comenzaron en 1945 y se intensificaron después de 1950 hasta 1963, cuando los Estados Unidos firmaron el Tratado de Prohibición Limitada de Ensayos Nucleares. Estados Unidos, la Unión Soviética y el Reino Unido. [1] Estos cientos de explosiones fueron seguidos por una duplicación de la concentración relativa de 14 C en la atmósfera. [2] La razón para el término “concentración relativa” se debe a que las mediciones de los niveles de 14 C mediante espectrómetros de masas se realizan con mayor precisión en comparación con otro isótopo de carbono, a menudo el isótopo común 12 C. Las proporciones de abundancia de isótopos no sólo son más fáciles de determinar. medidos, son lo que quieren los datadores de carbono de 14 C, ya que es la fracción de carbono en una muestra que es de 14 C, no la concentración absoluta, lo que es de interés en las mediciones de datación. La figura muestra cómo la fracción de carbono en la atmósfera que es 14 C, del orden de sólo una parte por billón, ha cambiado en las últimas décadas después de las pruebas de bombas. Debido a que la concentración de 12 C ha aumentado aproximadamente un 30 % en los últimos cincuenta años, el hecho de que “pMC”, que mide la proporción de isótopos, haya vuelto (casi) a su valor de 1955, significa que la concentración de 14 C en la atmósfera sigue siendo aproximadamente del 30 %. más alto de lo que alguna vez fue. El carbono-14, el radioisótopo del carbono, se desarrolla naturalmente en pequeñas cantidades en la atmósfera y puede detectarse en todos los organismos vivos. El carbono de todo tipo se utiliza continuamente para formar las moléculas de las células de los organismos. La duplicación de la concentración de 14 C en la atmósfera se refleja en los tejidos y células de todos los organismos que vivieron en la época de los ensayos nucleares. Esta propiedad tiene muchas aplicaciones en los campos de la biología y la medicina forense.
El radioisótopo carbono-14 se forma constantemente a partir del nitrógeno-14 ( 14 N) en la atmósfera superior mediante la entrada de rayos cósmicos que generan neutrones. Estos neutrones chocan con 14 N para producir 14 C que luego se combina con oxígeno para formar 14 CO 2 . Este CO 2 radiactivo se propaga a través de la atmósfera inferior y los océanos, donde es absorbido por las plantas y los animales que se alimentan de las plantas. El radioisótopo 14 C pasa así a formar parte de la biosfera , de modo que todos los organismos vivos contienen una cierta cantidad de 14 C. Los ensayos nucleares provocaron un rápido aumento del 14 C atmosférico (ver figura), ya que la explosión de una bomba atómica también crea neutrones que chocan nuevamente con 14 N y producen 14 C. Desde la prohibición de los ensayos nucleares en 1963, la concentración relativa atmosférica de 14 C está disminuyendo lentamente a un ritmo del 4% anual. Esta disminución continua permite a los científicos determinar, entre otras cosas, la edad de las personas fallecidas y estudiar la actividad celular en los tejidos. Al medir la cantidad de 14 C en una población de células y compararla con la cantidad de 14 C en la atmósfera durante o después del pulso de la bomba, los científicos pueden estimar cuándo se crearon las células y con qué frecuencia han cambiado desde entonces. [2]
La datación por radiocarbono se ha utilizado desde 1946 para determinar la edad de material orgánico de hasta 50.000 años. A medida que el organismo muere, cesa el intercambio de 14 C con el medio ambiente y el 14 C incorporado se descompone. Dada la constante desintegración de los radioisótopos (la vida media del 14 C es de unos 5.730 años), la cantidad relativa de 14 C que queda en el organismo muerto puede utilizarse para calcular cuánto tiempo hace que murió. La datación por pulsos de bomba debe considerarse una forma especial de datación por carbono. Como se discutió anteriormente y en el episodio de Radiolab , Elementos (sección 'Carbono'), [4] en el pulso de bomba que data la lenta absorción de 14 C atmosférico por la biosfera, puede considerarse como un cronómetro. A partir del pulso alrededor de los años 1963 (ver figura), la abundancia relativa de radiocarbono atmosférico disminuyó aproximadamente un 4% al año. Así, en la datación por pulsos de bombas es la cantidad relativa de 14 C en la atmósfera la que disminuye y no la cantidad de 14 C en organismos muertos, como es el caso en la datación clásica por radiocarbono. Esta disminución del 14 C atmosférico se puede medir en células y tejidos y ha permitido a los científicos determinar la edad de células individuales y de personas fallecidas. [5] [6] [7] Estas aplicaciones son muy similares a los experimentos realizados con análisis de seguimiento de pulsos en los que se examinan los procesos celulares a lo largo del tiempo exponiendo las células a un compuesto marcado (pulso) y luego al mismo compuesto en un forma sin etiqueta (persecución). La radioactividad es una etiqueta comúnmente utilizada en estos experimentos. Una diferencia importante entre el análisis de seguimiento del pulso y la datación por pulso de bomba es la ausencia de seguimiento en este último.
Alrededor del año 2030 el pulso de la bomba se extinguirá. Todos los organismos nacidos después de esto no tendrán rastros detectables de pulsos de bombas y sus células no pueden fecharse de esta manera. Desde el punto de vista ético, no se pueden administrar pulsos radiactivos a las personas sólo para estudiar el recambio de sus células, por lo que los resultados del pulso de la bomba pueden considerarse como un efecto secundario útil de las pruebas nucleares. [4]
El hecho de que las células y los tejidos reflejen la duplicación del 14 C en la atmósfera durante y después de los ensayos nucleares, ha sido de gran utilidad para varios estudios biológicos, forenses e incluso para determinar el año en que se produjo determinado vino. [8]
Los estudios biológicos realizados por Kirsty Spalding demostraron que las células neuronales son esencialmente estáticas y no se regeneran durante la vida. [9] También demostró que el número de células grasas se establece durante la infancia y la adolescencia. Considerando la cantidad de 14 C presente en el ADN se pudo establecer que el 10% de las células grasas se renuevan anualmente. [10] El pulso de la bomba de radiocarbono se ha utilizado para validar los anillos de otolitos (edades obtenidas a partir de secciones de otolitos) en varias especies de peces , incluido el tambor de agua dulce , [11] el esturión de lago , [12] el esturión pálido , [13] el búfalo bocazas , [14 ] salmónidos árticos , [15] Pristipomoides filamentosus [16] , varios peces de arrecife, [17] entre muchas otras especies marinas y de agua dulce validadas. La precisión para la validación de la edad del radiocarbono de la bomba suele ser de +/- 2 años porque el período de aumento (1956-1960) es muy pronunciado. [11] [14] [15] El pulso de bomba también se ha utilizado para estimar (no validar) la edad de los tiburones de Groenlandia midiendo la incorporación de 14 C en el cristalino del ojo durante el desarrollo. Después de haber determinado la edad y medido la longitud de los tiburones nacidos alrededor del pulso de la bomba, fue posible crear un modelo matemático en el que se correlacionaban la longitud y la edad de los tiburones para deducir la edad de los tiburones más grandes. El estudio demostró que el tiburón de Groenlandia, con una edad de 392 +/- 120 años, es el vertebrado más antiguo conocido. [18]
En el momento de la muerte, finaliza la absorción de carbono. Teniendo en cuenta que el tejido que contenía el pulso de la bomba 14 C estaba disminuyendo rápidamente a un ritmo del 4% anual, fue posible establecer el momento de la muerte de dos mujeres en un proceso judicial examinando los tejidos con un rápido recambio. [5] Otra aplicación importante ha sido la identificación de las víctimas del tsunami del sudeste asiático de 2004 mediante el examen de sus dientes. [6]
La perturbación del 14 C atmosférico provocada por las pruebas de la bomba fue una oportunidad para validar modelos de transporte atmosférico y estudiar el movimiento del carbono entre la atmósfera y los sumideros oceánicos o terrestres. [19]
La bomba atmosférica 14 C se ha utilizado para validar la edad de los anillos de los árboles y fechar árboles recientes que no tienen anillos de crecimiento anual. [20] También se puede utilizar para obtener la tasa de crecimiento de árboles y palmeras tropicales que no tienen anillos anuales visibles. [21]