— Objavljeno 17/12/2023 / Bug.hr.
Prirodna radioaktivnost na globalnoj razini više je puta tijekom Zemljine povijesti iznenada privremeno porasla što ukazuje na veliko ozračivanje atmosfere kakvo poznajemo iz nuklearnih pokusa 1960-ih
Japanska fizičarka Fusa Miyake otkrila je 2012. godine, u okviru svojeg doktorskog istraživanja, neočekivanu pojavu u godovima japanskog cedra. U jednom godu, koji je odgovarao 774. ili 775. godini nove ere, pronašla je dvadesetak puta povećani udio radioaktivnog izotopa 14C. Analiza uzoraka drugih jako starih stabala (starijih od 2000 godina) u Japanu i drugdje u svijetu potvrdila je to otkriće. Kasnije su nađena, i pouzdano potvrđena, još četiri takva globalna porasta udjela izotopa 14C u ugljiku biosfere: 7176. p.n.e., 5259 p.n.e., 660 p.n.e. i 993 n.e. Nazivamo ih događaji Miyake.
Prirodna radioaktivnost i izotop 14C
Kemijski elementi određeni su brojem protona u atomskoj jezgri. Osim protona, jezgra sadrži i neutrone, a njihov broj u jezgri pojedinog elementa nije jedinstven nego može poprimiti nekoliko mogućih vrijednosti. Konkretno, ugljik ima točno šest protona u jezgri i upravo ga to određuje kao ugljik. Međutim, broj neutrona može biti ili šest ili sedam ili osam. Ugljik sa šest neutrona ima ukupno 12 nukleona pa ga bilježimo kao 12C. Ugljik sa sedam neutrona ima ukupno 13 nukleona, to je onda 13C. I ugljik s osam neutrona ima ukupno 14 nukleona, to je 14C. Te tri varijante ugljika nazivamo izotopima, od grčkog izo+tópos što znači isto mjesto odnosno ista kućica u periodnom sustavu kemijskih elemenata. Ta tri izotopa nalazimo u prirodi, ali ne jednako zastupljene. Udio 12C je 98,9%, udio 13C je oko 1,06% i udio 14C je oko 10‒12 (jedan atom 14C na svakih bilijun atoma ugljika).
Osim toga, 12C i 13C su stabilni izotopi, ne raspadaju se, a 14C je nestabilan s periodom poluraspada od 5700 godina. To znači da se nakon 5700 godina početni broj izotopa 14C smanji na pola, nakon još 5700 godina opet na pola (dakle, ostane samo četvrtina od onoga što je bilo na početku) i tako dalje. S obzirom na starost Zemlje, 5700 godina je jako malo pa bi izotopa 14C odavno skroz nestalo da je izvorno postojao samo u ranoj fazi nastanka planeta Zemlje. Očito nije tako. Njegov stalan omjer u ukupnom ugljiku biosfere posljedica je toga što je uspostavljena ravnoteža između neprekidnog nestanka (zbog radioaktivnog raspada) i neprekidnog nastanka (zbog nuklearnih reakcija između atmosferskog dušika 14N i kozmičkog zračenja, protona visokih energija koje na Zemlju dolaze iz kozmičkih izvora).
Izotop 14C koji kozmičko zračenje stvara u atmosferi izmjenom tvari stalno iznova ulazi u živa bića pa je i u njima omjer 14C u ukupnom ugljiku stalan. Dok su živi. Kad više nisu živi, nema ni izmjene tvari pa nema unosa novog 14C. Onaj postojeći se neprekidno raspada pa je omjer 14C u ukupnom ugljiku to manji što je organizam dulje vremena mrtav. Tako se mjerenjem udjela 14C određuje starost. Uz još puno raznih detalja u koje ovdje nećemo ulaziti.
Neki organizmi, poput drveća, čak i živi otkrivaju zanimljive detalje iz povijest svojeg okoliša, zahvaljujući izotopu 14C. Godovi drveća nastajali su različitim vremenima, svaki god u jednoj godini, pa bi unutar različitih godova mogli otkriti različite udjele 14C, ako je u prirodi bilo varijacija u udjelima izotopa. A bilo ih je, ponekad očekivanih, a ponekad neočekivanih.
„Bomb peak”
Mnoštvo mjerenja pokazalo je da je udio izotopa 14C u atmosferi sjeverne hemisfere bio uglavnom stalan između 1905. i 1955. uz lagani pad zbog industrijske revolucije. Naime, veliki porast korištenja fosilnih goriva u atmosferu je izbacivao ugljikov dioksid u kojem samo izotop 12C (jer se 14C tamo već bio raspao) pa je relativni omjer 12C povećan pa je posljedično 14C smanjen. A onda se dogodio ogroman skok u porastu udjela 14C kao posljedica testiranja nuklearnog naoružanja. Djelomična zabrana nuklearnih pokusa, koja je na međunarodnom nivou dogovorena 10. listopada 1963. dovela je do postepenog smanjivanja udjela 14C u atmosferi i on se do danas uspio vratiti na razinu prije nuklearnih pokusa.
U detaljima te krivulje, koja pokazuje dugogodišnja mjerenja udjela 14C u atmosferi, vide se i nuklearni pokusi koje je nakon zabrane izvodila Francuska pa onda Kina. Černobilska katastrofa se ne vidi u 14C, ali se vidi u nekim drugim radioaktivnim izotopima koji sada nisu tema.
Događaji Miyake
Osim tog velikog vrha u krivulji, za kojeg dobro znamo od čega potječe, sve preciznija mjerenja počela su otkrivati male vrhove krivulje, koji govore o privremenim porastima udjela 14C u atmosferi. Događaji koji su izazvali te privremene poraste su nešto poput nuklearnih eksplozija. Fanovi emisije Na rubu znanosti naravno znaju o čemu se tu radi: 7176. p.n.e. je valjda Atlantida, a kasnije izvanzemaljci.
A mi, zločesti znanstvenici, koji Atlantidu i izvanzemaljce eto moramo zatajiti, pokušavamo pronaći druga objašnjenja. Prvi mogući razlog pojave događaja Miyake su ekstremni Sunčevi izbačaji pri kojima sa Sunca na Zemlju dođe mnoštvo protona visoke energije. Kozmičko zračenje, koje je inače približno stalnog intentiteta tada se značajno pojača pa je stvaranje 14C u atmosferi puno veće nego inače.
Postoje i druge mogućnosti koje su manje izgledne, ali zanimljivije. Jedna od njih su relativno bliske provale gama-zračenja, one koje nastaju pri stapanju dviju neutronskih zvijezda. Takvi se ekstremni egzotični događaju u svemiru stalno događaju, ali su uglavnom jako daleko od nas. Stoga su opazivi u području gravitacijskih valova ili u području gama-zračenja visokih i vrlo visokih energija. Ali nisu opazivi u području kozmičkog zračenja, odnosno bombardiraju nas mnoštvom protona visokih energija koje bi u atmosferi dovele do porasta 14C. No, nikad se ne zna. Moguće da je neki od događaja Miyake izazvan relativno bliskom provalom gama-zračenja. Ili eksplozijom neke ne predaleke supernove. Ili čak sudara s kometom. To ćemo jednog dana možda saznati iz mjerenja promjene udjela nekih drugih radioizotopa, ne samo 14C.