Hot Carbon: Carbon-14 และการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์
John F. Marra Columbia University Press (2019)
เป็นเวลาเกือบ 80 ปีแล้วที่การค้นพบคาร์บอน-14 ซึ่งเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของธาตุที่หก เนื่องจากการสลายตัวของมันสามารถนำมาใช้เพื่อติดตามกาลเวลา เรดิโอคาร์บอนจึงมีส่วนสนับสนุนมากมายทั่วโลก วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม ชีวภาพ และโบราณคดี ใน Hot Carbon ที่น่าดึงดูดใจนักสมุทรศาสตร์ John Marra นำเรื่องราวนี้ไปไกลกว่านั้นมาก โดยไม่ได้สำรวจแค่วิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ทำไมเราจึงควรสนใจเรื่องนี้ด้วย
กัมมันตภาพรังสีมีน้อยมากในธรรมชาติ ซึ่งก่อตัวขึ้นในบรรยากาศชั้นบนโดยอาศัยปฏิสัมพันธ์ของรังสีคอสมิกกับไนโตรเจน มันถูกแปลงเป็นคาร์บอนไดออกไซด์อย่างรวดเร็ว และกรองไปยังแหล่งกักเก็บคาร์บอนในชีวมณฑลและมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตใช้อุณหภูมิ 14C อย่างต่อเนื่อง และหลังจากที่พวกมันตาย ไอโซโทปจะสลายตัวในอัตราที่ทราบ การวัดปริมาณที่เหลืออยู่ในตัวอย่างที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบทำให้สามารถคำนวณอายุได้ นับตั้งแต่ทศวรรษที่ 1940 มีการใช้เทคนิคนี้ในการออกเดทกับวัสดุที่มีอายุมากถึง 60,000 ปี โดยรวบรวมทุกอย่างตั้งแต่การอพยพของมนุษย์สมัยใหม่ออกจากแอฟริกาในช่วงแรกๆ โดยการสืบหากระดูกและถ่านจากเตาในสมัยโบราณ ไปจนถึงอัตราการเติบโตที่ช้าอย่างเหลือเชื่อของมอส อาศัยอยู่บริเวณชายขอบของทวีปแอนตาร์กติกา ในการบอกเล่าข้อเท็จจริงเหล่านี้ Marra ได้นำเสนอเรื่องราวที่น่าสนใจเกี่ยวกับนักวิจัยผู้ยิ่งใหญ่ ซึ่งหลายคนถูกลืมไปนานแล้ว ซึ่งการค้นพบนี้ทำให้ทฤษฎี การปฏิบัติ และการค้นพบเพิ่มเติมที่เราพบในปัจจุบันเป็นไปได้โดยปกติ มีมากพอที่จะสนองความต้องการที่ไม่เพียงพอที่สุด
บทกวีสู่คาร์บอน
Hot Carbon เริ่มต้นด้วยเรื่องราวพิเศษของนักเคมี Martin Kamen ที่เกิดในแคนาดากับผู้อพยพชาวรัสเซีย ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2483 คาเมนกำลังพยายามผลิตไอโซโทปคาร์บอนใหม่ที่ Berkeley Radiation Laboratory ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เขาอดนอนหลังจากรวบรวมกราไฟต์ที่ฉายรังสีเพียงพอเป็นเวลาสามคืนเพื่อวัดไอโซโทปที่คาดหวังไว้ เขาจึงก้าวออกไปข้างนอก รูปลักษณ์ที่เย่อหยิ่งของเขาดึงดูดความสนใจของตำรวจ ที่แย่ไปกว่านั้น เขาได้ใส่คำอธิบายของนักโทษที่หลบหนีซึ่งได้ไปในคดีฆาตกรรม เมื่อถูกลากไปที่สถานีตำรวจ ในที่สุดคาเมนก็ได้รับการปล่อยตัวเมื่อผู้รอดชีวิตจากการนองเลือดยืนยันว่าเขาไม่ใช่ผู้ต้องสงสัย Kamen กลับมาที่ห้องทดลองและพบว่าเพื่อนร่วมงานของเขา Sam Ruben ได้วิเคราะห์ตัวอย่างที่รวบรวมมาอย่างระมัดระวังและพบว่ามีกัมมันตภาพรังสีที่วัดได้ เรื่องราวของ 14C จึงเริ่มต้นด้วยละครสูง
Martin Kamen ทำงานในห้องปฏิบัติการในการทดลองสังเคราะห์แสง
นักเคมี Martin Kamen เป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นถึงการสังเคราะห์คาร์บอน -14 เครดิต: Hansel Mieth / The LIFE Picture Collection / Getty
เดิมทีคาดว่าจะมีครึ่งชีวิตเพียงไม่กี่นาทีหรือชั่วโมง คาร์บอนรูปแบบหนักนี้ถือว่ามีความสำคัญในการวิจัยต่ำ แต่ความพยายามของ Kamen และ Ruben พิสูจน์ให้เห็นว่ามันจะมีเสถียรภาพตลอดหลายพันปี เปิดช่องทางการวิจัยมากมายที่น่าทึ่ง (ครึ่งชีวิต 5,730 ปีถูกกำหนดในอีกหลายปีต่อมา) คาเมนไม่เคยได้รับเครดิตที่เขาสมควรได้รับ กลายเป็นเหยื่อของการต่อต้านคอมมิวนิสต์ของสหรัฐฯ ในช่วงทศวรรษที่ 1940 และ 1950 ผู้ที่ใช้ความเข้าใจของเขา เช่น นักเคมี Willard Libby และ Melvin Calvin ได้รับรางวัลทางวิทยาศาสตร์
เราปฏิบัติตามเส้นทาง 14C ผ่านหลายสาขาวิชา เช่น เรียนรู้วิธีที่ Calvin และทีมของเขาใช้ไอโซโทปในการติดตามวิธีที่พืชแปลง CO2 เป็นน้ำตาล เผยให้เห็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งสนับสนุนการสังเคราะห์ด้วยแสง เราเห็นว่าห้องทดลองในอังกฤษ สวิตเซอร์แลนด์ และสหรัฐอเมริกาใช้เรดิโอคาร์บอนอย่างไรจนถึงตอนนี้ผ้าลินินที่ใช้ทอผ้าห่อศพของตูริน (บางคนเชื่อว่าเป็นผ้าฝังศพของพระเยซู) ระหว่างปี 1260 ถึง 1390 การนัดหมายด้วยเรดิโอคาร์บอนแสดงให้เห็นว่าเอิทซี — ศพที่ดึงมาจากการละลายของน้ำแข็งอัลไพน์บนพรมแดนออสเตรีย-อิตาลีในปี 1991 — มีอายุมากกว่า 5,000 ปี และเราค้นพบว่ายาที่เป็นตัวเลือกซึ่งติดฉลาก 14C ที่ส่วนต่างๆ ของโมเลกุลนั้น สามารถติดตามผ่านขั้นตอนของการเผาผลาญของร่างกายเพื่อทดสอบความปลอดภัยและประสิทธิภาพของยาได้อย่างไร มีมากขึ้น ตัวอย่างเช่น Marra อธิบายว่าหลังจากค้นพบ 14C ได้ไม่นาน CO2 ที่ละลายในน้ำทะเลถูกใช้เพื่อติดตามการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำในมหาสมุทรลึกได้อย่างไร ซึ่งเผยให้เห็นความเชื่อมโยงรอบโลกซึ่งถือว่าไม่สามารถหยั่งรู้ได้มาก่อน
ไขความลับของมัมมี่ที่หายสาบสูญไปนาน
คาร์บอน-14 อาจเป็นดาวเด่น แต่นักวิทยาศาสตร์ สถาบัน และเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นมีบทบาทสนับสนุนที่มีคุณค่า รับ Libby ผู้ชนะรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1960 จากผลงานการพัฒนาเรดิโอคาร์บอนเดทติ้งของเขา จนถึงจุดหนึ่ง ทีมของเขาเดินเข้าไปในท่อระบายน้ำของเมืองบัลติมอร์ รัฐแมริแลนด์ โดยรวบรวมก๊าซมีเทนที่ผลิตจากของเสียของมนุษย์เพื่อแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีอุณหภูมิ 14C มากกว่าตัวอย่างทางโบราณคดีและชิ้นส่วนไม้เนื้อแข็งเรดวูดลงวันที่อย่างแม่นยำ
