מריו ואנייר, גיאולוג קריירה עם מומחיות בחקר חיים ימיים זעירים, ערך באופן שיטתי מיון חלקיקים בדגימות של חול חוף מחצי האי מוטוג'ינה ביפן כאשר הבחין במשהו בלתי צפוי: מספר כדורים זעירים ומזגוגיים וחפצים יוצאי דופן אחרים.
ואניר, שעכשיו בדימוס, השווה פסולת ביולוגית בחולות חוף מאזורים שונים במאמץ לאמוד את הבריאות של מערכות אקולוגיות ימיות מקומיות ואזוריות.העבודה כללה בחינת כל חלקיק חול בדגימה תחת מיקרוסקופ, ובאמצעות מברשת עדינה, הפרדת חלקיקים בעלי עניין מגרגרי משקעים למגש להמשך מחקר.
הפתעה בגרגרי החול: חלקיקים זכוכיתיים
"ראיתי מאות דגימות חוף מדרום מזרח אסיה, ואני יכול להבחין מיד בין גרגרי מינרלים מהחלקיקים שנוצרו על ידי בעלי חיים או צמחים, כך שזה מאוד קל", אמר. בחולות מוטוג'ינה, שנאסף על ידי עמיתו של ואנייר, מארק דה אוררייטטה, הוא מצא עקבות מוכרים של אורגניזמים חד-תאיים הידועים כפורמיניפרה, המגיעים במגוון צורות. בדרך כלל יש להם צדפים והם שוכנים בתוך ומסביב למשקעים של קרקעית הים.
"אבל היה משהו אחר… זה כל כך ברור כשאתה מסתכל על הדגימות," הוא אמר. "לא יכולת לפספס את החלקיקים הזרים האלה. הם בדרך כלל אווירודינמיים, זכוכיתיים, מעוגלים - החלקיקים האלה הזכירו לי מיד כמה חלקיקים כדוריים (מעוגלים) שראיתי בדגימות משקעים מהגבול הקרטיקוני-שלישוני", מה שנקרא K-T הגבול המכונה כעת גבול הקרטיקון-פלאוגן (K-Pg) שסימן אירוע הכחדה המונית פלנטרית, כולל מות הדינוזאורים, לפני כ-66 מיליון שנה.
בשנת 1980, לואיס אלוורז, חתן פרס נובל שעבד במעבדה הלאומית של לורנס ברקלי (מעבדת ברקלי) ובאוניברסיטת ברקלי, יחד עם בנו, הגיאולוג וולטר אלוורז, הציע תיאוריה המבוססת על ריכוז גבוה של אירידיום משקעים בגבול K-Pg, שפגיעת מטאוריט גדולה גרמה למיתון המסיבי הזה. יחד עם ראיות עדכניות יותר, מדענים מאמינים כעת כי ההשפעה התרחשה באזור חצי האי יוקטן. בפגיעות מטאוריטים, חומר קרקע נוזלי נפלט לאטמוספירה, ויוצרים טיפות של חומר מזכוכית הנופלות חזרה לקרקע.
נראה כי חלק מהכדורים הזכוכיתיים אותם בדק וואנייר התמזגו יחד עם כדורים אחרים, ואחרים הראו מאפיינים דמויי זנב. בעוד שחלק מהחלקיקים הזכוכיים דמו לאלה הקשורים לפגיעות מטאוריטים, אחרים שמצא וואנייר לא היו כל כך מוכרים - ביניהם היו חלקיקים בעלי הרכב דמוי גומי וחלקיקים הכוללים מגוון חומרים המצופים בשכבה או בשכבות מרובות של זכוכית או סיליקה..רבים מהחלקיקים נמדדו כ-0.5 מילימטר עד מילימטר רוחב.
לוויניר לא היה אז מושג שמנגנון החלקיקים הזכוכיתי הזה שהוא נתקל בו יוביל למאמץ מחקר ארוך שנים שיכלול מדענים וניסויים במעבדת ברקלי ובאוניברסיטת ברקלי. המאמץ יחשוף בסופו של דבר את הגיוון והייחודיות של החלקיקים שנחקרו, כולל תערובות כימיות ומינרלים יוצאות דופן; הסביבה האקזוטית בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה שבה הם נוצרו; והפוטנציאל לתגליות חדשות במחקרים נוספים.
ריכוז, נפח החומר מצביע לפיצוץ A-bomba
לאחר הממצא הראשוני הזה ב-2015, וואנייר נסע ליפן כדי לאסוף עוד דגימות חול חוף מאותו אזור, ליד העיר הירושימה.
בכל הדגימות הללו, היו בין 12.6 ל-23.3 גרם של כדוריות אלה וחלקיקים חריגים אחרים לכל קילוגרם (2.2 פאונד) של חול.המבחר המוזר הזה של חלקיקים זכוכיתיים היווה בין 0.6 אחוז ל-2.5 אחוז מכלל הדגנים שנבדקו. וואנייר שלף כ-10,000 חלקיקים אלו מהחולות ומינה אותם לשש קבוצות שונות לפי התכונות הפיזיות שלהם.
הריכוזים הגבוהים בעקביות של מבחר החלקיקים המוזר הזה בחולות החוף שנאספו כ-4 עד 7 מיילים מהעיר הירושימה העלו את חשדו שייתכן שהם קשורים לפיצוץ פצצת האטום שהרסה את הירושימה בבוקר של אוגוסט 6, 1945. הפצצה ההיא הרגה מיידית 70,000 או יותר בני אדם, כאשר מניין ההרוגים הסופי אחראי להשפעות הקרינה הנלוות אולי עלה על 145,000. הפצצה וסופות האש שנוצרו יישרו בעיקר שטח בגודל של יותר מ-4 מייל רבוע, והרס או גרם נזק לפי הערכות של 90% מהמבנים בעיר.
בהתבסס על נפח הפסולת הזגוגית שנמצאה בחולות החוף, ואנייר ועמיתיו העריכו כי קילומטר רבוע, או בערך 0.4 קילומטר רבוע של חול חוף באזור, שנאסף מפני השטח שלו לעומק של כ-4 אינץ', יכיל כ-2, 200 עד 3, 100 טון של החלקיקים.
מחקר המפרט את הניתוחים של החומר, שפורסם בכתב העת Anthropocene, מספק חקירה ממצה של המקורות האפשריים הרבים לחלקיקים יוצאי הדופן, ומגיע למסקנה שמדובר בנשורת פצצה מהעיר ההרוסה הירושימה.
"זה היה האירוע הגרוע ביותר מעשה ידי אדם אי פעם, ללא ספק," אמר וואנייר. "בהפתעה למצוא את החלקיקים האלה, השאלה הגדולה עבורי הייתה: יש לך עיר, ודקה אחר כך אין לך עיר. הייתה השאלה: 'איפה העיר ¬¬- איפה החומר?' זה ניסיון לגלות את החלקיקים האלה. זה סיפור מדהים."
מתחבר למעבדת ברקלי, UC Berkeley לניתוחים מפורטים
ואניר ודה-אוררייטטה רצו ללמוד עוד על הדגימות, אז הם יצרו קשר עם רודי ונק, פרופסור למינרלוגיה באוניברסיטת ברקלי ושותפה ותיקה של מעבדת ברקלי - וואנייר ווינק למדו שניהם גיאולוגיה באוניברסיטת באזל, שוויץ, עשרות שנים קודם לכן.
ונק חקר לראשונה את הדגימות של אזור הירושימה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים. זה איפשר חקירה מפורטת של ההרכב והמבנים שלהם.
הוא הבחין במגוון רחב בהרכב הכימי של הדגימות, כולל ריכוזי אלומיניום, סיליקון וסידן; כדוריות מיקרוסקופיות של ברזל עשיר בכרום; והסתעפות מיקרוסקופית של מבנים גבישיים. אחרים היו מורכבים בעיקר מפחמן וחמצן.
"חלקם נראים דומים למה שיש לנו מפגיעות מטאוריטים, אבל ההרכב שונה לגמרי", אמר ונק. "היו צורות די יוצאות דופן. היו כמה ברזל ופלדה טהורים. לחלקם היה הרכב של חומרי בניין."
כדי לאסוף פרטים נוספים על הדגימות, ונק פנה למעבדת ברקלי, שם הוא ותלמידיו ערכו ניסויים רבים במיקרוסקופ אלקטרוני ובקרני רנטגן במהלך השנים. הוא לקח דגימות נבחרות למקור האור המתקדם של מעבדת ברקלי (ALS) וערך שם מספר מדידות.
Nobumichi "Nobu" Tamura, מדען צוות ב-ALS ש-Wenk עבד איתו בעבר, יחד עם הקולגות דאז קמיליה סטן ובינבין יו (סטן ויואה עזבו מאז את מעבדת ברקלי), סייעו בניתוח דגימות בקנה מידה של פחות מ-1 מיקרון, או מיליונית המטר, תוך שימוש בטכניקה המכונה מיקרו-דיפרקציית רנטגן.
שני הוריה של תמורה נולדו ביפן, והוא אמר שהוא מעוניין באופן אישי להשתתף במחקר בגלל מוצאו המשפחתי. "אבא שלי היה בן 12 כשההפצצה אירעה, וגר רק 200 מייל צפונית להירושימה, אז הוא היה עד ישירות לחדשות ולתוצאות של האירועים הנוראיים האלה", אמרה תמורה.
הניסויים והניתוחים הקשורים קבעו שהחלקיקים נוצרו בתנאים קיצוניים, עם טמפרטורות העולה על 3,300 מעלות פרנהייט (1,800 צלזיוס), כפי שמעידה מכלול גבישי אנורתיט ומוליט שהחוקרים זיהו.
Tamura ציינה כי המיקרו-מבנה הייחודי של החלקיקים שנחקרו והנפח העצום של פסולת נמסה הקיימת מספקים גם ראיות חזקות לאופן היווצרותם.
"השערת הפיצוץ האטומי היא ההסבר ההגיוני היחיד למקורם", אמר.
המחקר מפרט את ממצאי החוקרים
רבים מהחלקיקים בצורת כדור ופיסות אחרות נוצרו ככל הנראה בגובה רב סביב כדור האש העולה של הפיצוץ. החומרים שנסחפו מהאדמה בעבעו והתערבבו בסביבה הסוערת הזו לפני שהתקררו והתעבו ואז ירד גשם.
ואניר הסביר את התהליכים שסביר להניח שיצרו את החומרים בענן אטומי: "חומר הקרקע מתנדף ומועבר לתוך הענן, שם הטמפרטורה הגבוהה משנה את המצב הפיזי", אמר ואנייר. "יש הרבה אינטראקציות בין חלקיקים. יש המון כדורים קטנים שמתנגשים, ואתה מקבל את הצבירה הזו."
החוקרים גילו גם שהרכב חלקיקי הפסולת תואם באופן הדוק עם חומרים שהיו נפוצים בהירושימה בזמן ההפצצה, כמו בטון, שיש, נירוסטה וגומי.
מחקרים אחרים ניתחו פסולת נמסה מאתר הניסויים של טריניטי בניו מקסיקו - שם הופעל הפיצוץ הגרעיני הראשון - ומאתרי ניסויים גרעיניים תת-קרקעיים בנבאדה. אבל לדגימות האלה יש הרכב שונה באופן מובהק שקשור לסביבה הגיאולוגית המקומית שלהן.
פסולת השילוש נקראת טריניטי, וחוקרים במחקר האחרון כינו את חלקיקי ההיתוך שהם חקרו בתור הירושימאים כדי להדגיש את המאפיינים המובהקים שלהם ואת מקורם הסביר בפיצוץ הפצצה A-Hiroshima.
"חלקיקי הירושימה הם הרבה יותר מורכבים ומגוונים מהטריניטים", אמרה תמורה, בשל היווצרותם הסבירה במרכז העירוני של הירושימה.
למרות שהיו מאמצים בינלאומיים משותפים לסייע לניצולים הסובלים מהשפעות קרינה, למדוד את רמות הקרינה ולהעריך את הנזק הכולל שנגרם מהפצצות האטום בהירושימה ונגסקי ב-1945, המחקר ציין שהפסולת נמסה הקשורים להפצצות אלה כנראה לא נחקרו קודם לכן.
המחקר האחרון מעודד בדיקות נוספות כדי לגלות אם דגימות כלשהן נושאות יסודות רדיואקטיביים, ולערוך מחקרים נוספים באזור הירושימה ונגסקי.
תוכניות למחקרי המשך
ואניר אמר שהוא קיבל דגימות קרקע מקרקע אפס בהירושימה ועשוי לחפש שם דגימות פסולת מעומק מתחת לאדמה, והוא גם קיבל דגימת קרקע המכילה פסולת זכוכית מאפיק נחל כ-19 מיילים צפונית-מערבית למקום הירושימה. פצצה נפגעה - רישומים היסטוריים מראים שהאזור היה בנתיב הענן האטומי.
הוא אמר שהוא גם מקווה לחקור אם הפסולת הנמסה מציגה קווי דמיון לחומרים הקשורים להתפרצויות געשיות.
Tamura ו-Wenk ציינו שמחקר ראשוני זה התמקד רק במספר קטן של חלקיקי פסולת נמסים, וייתכן שכדאי להמשיך במחקר גדול יותר כדי ללמוד יותר על התנאים הקיצוניים שיצרו את הפסולת ואולי לחשוף עוד כימיה או מינרלוגיה ייחודית.
ונק הוסיף, "זה היה די מרתק להסתכל על כל החומרים האלה. מה שאנו מקווים הוא לגרום לאנשים אחרים להתעניין בבחינת זה ביתר פירוט, ולחפש דוגמאות באתר נגסאקי A-bomb."
ונק שלח עותק של המחקר האחרון לג'ון-איצ'י אנדו, פרופסור במחלקה למדעי כדור הארץ ומערכות פלנטריות בבית הספר לתואר שני למדעים באוניברסיטת הירושימה - הם נפגשו בזמן שונק שימש כאורח פרופסור באוניברסיטת הירושימה ב-1998.
"אני חושב שסוג זה של מחקר חשוב מאוד עבור אוניברסיטת הירושימה, כאוניברסיטה הממוקמת באתר A-Bomb", אמר אנדו, וציין כי הוא שיתף את המחקר עם עמית שהוא מינרלוג וחוקר את פגיעת המטאוריט של אזור יוקטן.הוא גם שיתף את זה עם רבון קאיו, עמית מחקר באוניברסיטה שמוביל קבוצת הסברה שמגבירה את המודעות לנשק גרעיני על ידי שיתוף רעפים ולבנים של הירושימה עם צלקות בפצצות עם מוסדות ברחבי העולם.
במאמץ לא קשור, אנדו חקר גוש גדול של גרניט הקשור למבנה כיפת הפצצה האטומית בהירושימה - זה היה הבניין היחיד שנותר עומד ליד הקרקע אפס. קאיו מצא ושיחזר את פיסת הגרניט מאפיק נהר מקומי ליד הבניין בעל הכיפה בשנת 2017. היא ידועה גם בתור כיפת גנבאקו או אנדרטת השלום של הירושימה.
"ניסיתי למצוא עדויות להתכה ולגל ההלם שנרשם על פני השטח של עמוד הגרניט" באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית, אמר אנדו - המחקר שלו מתמקד בדרך כלל במיקרו-מבנים של סלעים בשברים סיסמיים.
ואניר אמר שמחקר הפסולת היה מסע מאיר עיניים עבורו, והוא מקווה להמשיך במחקר."במשך 70 שנים פלוס החומר הזה נמצא שם ומעולם לא נחקר בפירוט. אנחנו מקווים שזה מעורר תשומת לב בקרב הקהילה המדעית", אמר.
"אנחנו מקווים שאנשים ינצלו את ההזדמנות הזו."
