Débris de retombées d'Hiroshima liés aux premiers condensats du système solaire

22 février 2024 fonctionnalité

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par Hannah Bird, Phys.org

Le bombardement atomique de Hiroshima, au Japon, par les États-Unis en août 1945 a été non seulement dévastateur à l'époque, entraînant la mort de centaines de milliers de personnes, mais il a eu des répercussions durables jusqu'à nos jours, notamment l'incidence élevée de cancer due à la radiation.

Des recherches continues dans la baie de Hiroshima ont découvert un nouveau type de débris provenant des retombées, connu sous le nom de verres d'Hiroshima. Ces derniers se sont formés à partir de matériaux vaporisés de la bombe et du paysage et des infrastructures environnants qui étaient ciblés.

Une nouvelle recherche publiée dans Earth and Planetary Science Letters a analysé les compositions chimiques et isotopiques de ces verres pour déterminer leur processus de formation lors de l'événement nucléaire.

Nathan Asset, de l'Université Paris Cité, en France, et ses collègues ont déterminé que la condensation rapide (1,5 à 5,5 secondes) dans la boule de feu nucléaire (température de 3 200 à 1 000 kelvins) était le processus principal. Ceci est similaire au processus par lequel les premiers solides (condensats) du système solaire, les inclusions riches en calcium et en aluminium (CAIs) des météorites primitives (chondrites), se seraient formés à partir de la vaporisation de la poussière interstellaire et du gaz des nébuleuses.

Pour approfondir cette étude, l'équipe de recherche a identifié quatre types de verres parmi les 94 échantillons de débris de retombées: mélilitiques (faible teneur en silice, riche en oxyde de calcium et en oxyde de magnésium), anorthositiques (contenu élevé en oxyde d'aluminium et riche en fer), soda-lime (riche en silice et en oxyde de sodium) et silice (~99% de silice). L'origine du verre de silice ne pouvait pas être séparée des grains de sable sur la plage, mais les verres soda-lime sont similaires aux compositions d'origine industrielle.

Reconstruisant la formation de ces verres, les chercheurs déclarent que la boule de feu plasma a explosé à 580 mètres au-dessus de la ville, avec un rayon de 260 mètres, une température maximale de 107 K et une pression de 106 atmosphères. Une onde thermique a touché le sol à des températures de 6 287 °C.

En seulement 0,35 seconde, la pression est redevenue égale à celle de l'atmosphère environnante, et en 10 secondes, la température a diminué jusqu'à 1 500 à 2 000 K et la vaporisation a cessé. Dans les 0,5 à 2 secondes qui ont suivi l'explosion, les matériaux de la ville (béton, alliages de fer et d'aluminium, verre industriel et sol) ont été vaporisés et mélangés avec du sable, de l'eau de la rivière Ota et l'atmosphère pour produire les différents verres.

Il est difficile d'estimer les quantités réelles de chaque composant qui ont été vaporisés, car tous les bâtiments n'ont pas été détruits ; par exemple, certains conçus pour résister aux séismes ont survécu à l'explosion et donc une partie du béton, du fer et des briques n'a pas été vaporisée.

De plus, différents matériaux nécessitent des quantités d'énergie différentes pour être vaporisés et donc former des noyaux de condensation à différents stades du processus de formation des verres (par exemple, l'inclusion d'eau de rivière serait maintenue plus longtemps car elle nécessite moins d'énergie que le béton).

La composition isotopique de la silice dans les verres d'Hiroshima était de -23,0 ± 1,8 ‰ à -1,5 ± 1,1 ‰, tandis que celle de l'oxygène via la fractionation indépendante de la masse était de -3,1 ± 0,6 ‰, tous se situant dans les limites de la composition des CAIs. L'équipe de recherche a utilisé les résultats de la fractionation pour déterminer que les verres mélilitiques ont été les premiers à se former, suivis des anorthositiques, puis des soda-lime et enfin presque de la silice pure.

Alors que la composition de l'environnement de la formation des verres d'Hiroshima diffère de celle des CAIs (température de 3 500 K pour Hiroshima et 2 000 K pour le disque d'accrétion solaire, pression de 1 bar pour Hiroshima et 10-3 à 10-6 bar pour le disque solaire, environnement riche en oxygène pour Hiroshima et riche en hydrogène pour le disque solaire) ainsi que la durée sur laquelle les événements se sont déroulés (<20 minutes pour Hiroshima versus de nombreuses années pour le disque solaire), comprendre les processus se produisant lors de la transition gaz-solide nous aide à en apprendre davantage sur les origines de notre système solaire et tout ce qui s'est développé depuis.

Informations sur le journal: Earth and Planetary Science Letters

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