核武器的发明不仅影响了我们这颗星球上的政治史和政治体系,也塑造了地球的自然史。一项发表于《美国科学院院刊》子刊PNAS Nexus的新研究展示了科学家如何借助一类意想不到的样本——在核武器生产和测试地点附近栖息的⻳类的壳,检测地球的自然史。
研究人员检测了4个⻳壳中铀的痕迹,包括一只海⻳和一只淡水⻳。这些⻳都曾生活在核武器生产和测试地点附近,并在上世纪50年代至80年代间被收集作为自然历史标本。
科学家借助质谱仪检测了⻳壳中的铀同位素(质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素)组成,发现其中的同位素特征与核武器生产及爆炸时产生的显著的同位素特征相吻合。他们通过研究一个⻳壳标本上形成的各个同轴层(concentric layer,像树的年轮一样)的同位素水平,追踪了随时间推移⻳吸收铀的情况。
核武器中的铀或其他放射性元素能通过核裂变反应爆发巨大的能量。
因此核武器的生产过程和引爆过程都会将这些元素释放到环境中,并被当地的生态系统吸收。该研究的共同作者、美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的地球科学家⻄勒·康拉德(Cyler Conrad)表示,从技术上讲,研究人员分析的这些⻳壳并不具有放射性,因为它们只含有极少量的铀(大约十亿分之一)。
他还表示,这些⻳曾经在核辐射暴露下幸存下来,它们的健康可能并没有受到影响。
在⻳壳中发现铀并不令人惊讶,因为这种元素天然存在于土壤、岩石和水中。而令康拉德和同事们吃惊的是,他们竟能够检测到如此微量的同位素,还能将同位素的特征与某个地点已知的核历史相匹配。康拉德希望这项研究中的新技术能够帮助科学家确定核试验发生的地点和时间,以及放射性物质如何从土壤和水中转移到动植物中。
他认为,除了核武器之外,这一技术还可以用来追踪核燃料的暴露情况。目前,他的研究团队正在将这项新技术应用于钚的研究中。
在美国威廉姆斯学院(Williams College)的环境历史学家劳拉·⻢丁(Laura Martin)看来,这项研究回溯了美国核计划留下的创伤——不仅是在日本(在二战期间,美国在日本城市投下了核弹)。核武器生产和试验性的核爆炸把辐射和其他污染也带到了美国的社区和生态系统中,特别是西部地区——通常是原住民居住地及周边地区,还有⻢绍尔群岛(Marshall Islands)。