Atombombningen av Hiroshima, Japan, av Förenta staterna i augusti 1945 var inte bara förödande vid den tiden, vilket resulterade i hundratusentals människors död, utan det har haft långvariga effekter fram till idag, särskilt de höga förekomst av cancer från strålning.
Fortsatt forskning av Hiroshima Bay har avslöjat en ny typ av skräp från nedfallet, känd som Hiroshima-glasögon. Dessa bildades av förångat material från bomben och det omgivande landskapet och infrastrukturen som riktades mot.
Ny forskning publicerad i Earth and Planetary Science Letters har analyserat de kemiska och isotopiska sammansättningarna av dessa glasögon för att fastställa deras bildningsprocess under kärnkraftshändelsen.
Nathan Asset, från Université Paris Cité, Frankrike, och kollegor fastställde att snabb kondensation (1,5–5,5 sekunder) inom kärnkraftsbrännklotet (temperatur 3 200–1 000 Kelvin) var den primära processen. Detta liknar den process genom vilken de första fasta ämnena (kondensat) i solsystemet, kalcium-aluminiumrika inneslutningar (CAI) av primitiva meteoriter (kondriter), skulle ha bildats från förångningen av interstellärt stoft och nebulosgas.
För att undersöka detta ytterligare identifierade forskargruppen fyra typer av glasögon inom de 94 proverna av nedfallsskräp:melilitisk (låg kiseldioxid, hög kalciumoxid och rik på magnesiumoxid), anortositisk (hög aluminiumoxidhalt och järnhaltig), soda- kalk (rik på kiseldioxid och natriumoxid) och kiseldioxid (~99 % kiseldioxid). Ursprunget till kiselglaset kunde inte separeras från sandkorn på stranden, men soda-lime-glasen liknar sammansättningar av industriellt ursprung.
Efter att ha rekonstruerat bildandet av dessa glasögon konstaterar forskarna att plasmaeldklotet exploderade 580 m över staden med en radie på 260 m, en topptemperatur på 10 7 K och ett tryck på 10 6 atmosfärer. En termisk våg berörde marken vid temperaturer på 6 287°C.
Inom bara 0,35 sekunder sjönk trycket för att matcha den omgivande atmosfären och inom 10 sekunder sjönk temperaturen till 1 500–2 000 K och förångningen upphörde. Inom de omedelbara 0,5–2 sekunderna efter explosionen förångades stadsmaterial (betong, järn och aluminiumlegeringar, industriglas och jord) och blandades med sand, vatten från Otafloden och atmosfären för att producera de olika glasen.
Det finns vissa svårigheter att uppskatta de faktiska kvantiteterna av varje komponent som förångades, eftersom inte alla byggnader förstördes; till exempel överlevde vissa byggda för att motstå jordbävningar explosionen och därför förångades inte en del betong, järn och tegel.
Dessutom kräver olika material olika mängder energi för att förångas och bildar därför kondensationskärnor vid olika stadier av glasbildningsprocessen (t.ex. skulle flodvatteninneslutningen vara upprätthållen längre eftersom den kräver mindre energi än betong).
Den isotopiska sammansättningen av kiseldioxid i Hiroshima-glasen var -23,0 ± 1,8 ‰ till -1,5 ± 1,1 ‰, medan den för syre via massoberoende fraktionering var -3,1 ± 0,6 ‰, som alla faller inom ramen för sammansättningen av CAI. . Forskargruppen använde resultaten av fraktioneringen för att fastställa att melilitiska glas var de första som bildades, sedan anortositiska, följt av soda-kalk och slutligen nästan ren kiseldioxid.
Medan sammansättningen av miljön för glasbildningen i Hiroshima skiljer sig från den för CAI (temperatur 3 500 K för Hiroshima och 2 000 K för solansamlingsskivan, 1 bar tryck för Hiroshima och 10 -3 –10 -6 bar för solskiva, syrerik miljö för Hiroshima och väterik för solskiva) och den tid under vilken händelserna inträffade (<20 minuter för Hiroshima mot många år för solskivan), förstå de processer som inträffar under gas- solid övergång hjälper oss att avslöja mer om ursprunget till vårt solsystem och allt som har utvecklats sedan dess.
Mer information: Nathan Asset et al, Kondensation av nedfallsglas i Hiroshimas kärnvapenbrandklot som resulterar i syremassaoberoende fraktionering, Earth and Planetary Science Letters (2023). DOI:10.1016/j.epsl.2023.118473
Journalinformation: Earth and Planetary Science Letters
© 2024 Science X Network
