Hiroshima Fallout Trümmer mit ersten Gebilden des Sonnensystems verbunden

22. Februar 2024 Funktion

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von Hannah Bird, Phys.org

Der atomare Bombenangriff der Vereinigten Staaten auf Hiroshima, Japan, im August 1945 war nicht nur zu der Zeit verheerend und führte zum Tod von Hunderttausenden von Menschen, sondern hatte auch langfristige Auswirkungen bis heute, insbesondere die erhöhte Krebsinzidenz aufgrund von Strahlung.

Weitere Forschungen in der Hiroshima-Bucht haben eine neue Art von Trümmern aus der Falloutruine entdeckt, die als Hiroshima-Gläser bekannt sind. Diese entstanden aus verdampften Materialien der Bombe und der umgebenden Landschaft und Infrastruktur.

Neue Forschungen, veröffentlicht in den Earth and Planetary Science Letters, haben die chemischen und isotopischen Zusammensetzungen dieser Gläser analysiert, um ihren Bildungsprozess während des nuklearen Ereignisses zu bestimmen.

Nathan Asset von der Université Paris Cité, Frankreich, und Kollegen stellten fest, dass die schnelle Kondensation (1,5–5,5 Sekunden) innerhalb der nuklearen Feuerkugel (Temperatur 3.200–1.000 Kelvin) der Hauptvorgang war. Dies ähnelt dem Prozess, durch den die ersten Feststoffe (Kondensate) im Sonnensystem, calcium-aluminium-reiche Einschlüsse (CAI) primitiver Meteoriten (Chondrite), aus der Verdampfung interstellarer Staub- und Nebelgase entstanden wären.

Um dies weiter zu untersuchen, identifizierte das Forschungsteam vier Arten von Gläsern in den 94 Proben von Falloutschutt: Melilitisch (niedriger Silikatgehalt, hoher Calciumoxidanteil und reich an Magnesiumoxid), Anorthositisch (hoher Aluminiumoxidanteil und eisenhaltig), Natriumkali (reich an Silikat und Natriumoxid) und Silizium (~99% Silizium). Der Ursprung des Siliziumglases konnte nicht von Sandkörnern am Strand getrennt werden, aber die Natriumkali-Gläser ähneln den Zusammensetzungen industriellen Ursprungs.

Bei der Rekonstruktion der Bildung dieser Gläser gaben die Forscher an, dass die Plasmafeuerkugel 580 m über der Stadt mit einem Radius von 260 m explodierte, einer Spitzenhitzetemperatur von 107 K und einem Druck von 10⁶ Atmosphären. Eine thermische Welle berührte den Boden bei Temperaturen von 6.287°C.

Innerhalb von nur 0,35 Sekunden sank der Druck an, um dem der umgebenden Atmosphäre zu entsprechen, und innerhalb von 10 Sekunden sank die Temperatur auf 1.500–2.000 K und die Verdampfung hörte auf. In den unmittelbaren 0,5–2 Sekunden nach der Explosion wurden städtische Materialien (Beton, Eisen- und Aluminiumlegierungen, industrielle Glas und Erde) verdampft und mit Sand, Wasser des Ota-Flusses und der Atmosphäre vermischt, um die verschiedenen Gläser zu erzeugen.

Es besteht einige Schwierigkeit bei der Schätzung der tatsächlichen Mengen jedes einzelnen Bestandteils, der verdampft wurde, da nicht alle Gebäude zerstört wurden; beispielsweise überlebten einige Gebäude, die erdbebensicher gebaut wurden, die Explosion und daher wurden einige Beton-, Eisen- und Ziegelsteine nicht verdampft.

Zusätzlich benötigen verschiedene Materialien unterschiedliche Energiemengen, um verdampft zu werden, und bilden daher Kondensationskerne zu verschiedenen Zeitpunkten des Glasherstellungsprozesses (z.B. Wasser des Flusses wurde länger aufrechterhalten, da es weniger Energie benötigt als Beton).

Die isotopische Zusammensetzung des Siliziums in den Hiroshima-Gläsern betrug -23,0 ± 1,8 ‰ bis -1,5 ± 1,1 ‰, während die des Sauerstoffs durch massenunabhängige Fraktionierung -3,1 ± 0,6 ‰ betrug, was alles innerhalb der Grenzen der Zusammensetzung von CAIs liegt. Das Forschungsteam nutzte die Ergebnisse der Fraktionierung, um festzustellen, dass die melilitischen Gläser die ersten waren, die sich bildeten, dann die anorthositischen, gefolgt von den Natriumkali- und schließlich fast reinen Siliziumgläsern.

Obwohl die Zusammensetzung der Umgebung der Hiroshima-Glasbildung von der von CAIs abweicht (Temperatur 3.500 K für Hiroshima und 2.000 K für den solaren Akkretionsscheibe, 1 bar Druck für Hiroshima und 10^-3–10^-6 bar für solare Scheibe, sauerstoffreiche Umgebung für Hiroshima und wasserstoffreiche für solare Scheibe) und die Zeit, über die die Ereignisse stattfanden (<20 Minuten für Hiroshima gegenüber vielen Jahren für die solare Scheibe), hilft uns das Verständnis der Prozesse während des Gas-Feststoff-Übergangs, mehr über die Ursprünge unseres Sonnensystems und alles andere zu erfahren, was sich seitdem entwickelt hat.

Journal-Informationen: Earth and Planetary Science Letters

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