Mario Wannier, un geólogo de carrera con experiencia en el estudio de la vida marina diminuta, estaba clasificando metódicamente partículas en muestras de arena de playa de la península de Motoujina en Japón, cuando vio algo inesperado:una serie de pequeños, esferas vidriosas y otros objetos inusuales.

Wannier, quien ahora esta jubilado, había estado comparando desechos biológicos en arenas de playas de diferentes áreas en un esfuerzo por medir la salud de los ecosistemas marinos locales y regionales. El trabajo consistió en examinar cada partícula de arena en una muestra bajo un microscopio, y con un pincel fino, separar las partículas de interés de los granos de sedimento en una bandeja para su posterior estudio.

Una sorpresa en los granos de arena:partículas vidriosas

"Había visto cientos de muestras de playas del sudeste asiático, y puedo distinguir inmediatamente los granos minerales de las partículas creadas por animales o plantas, así que eso es muy fácil, ", dijo. En las arenas de Motoujina, recopilado por el colega de Wannier, Marc de Urreiztieta, encontró rastros familiares de organismos unicelulares conocidos como foraminíferos, que vienen en una variedad de formas. Por lo general, tienen conchas y residen dentro y alrededor de los sedimentos del lecho marino.

"Pero había algo más ... es tan obvio cuando miras las muestras, ", dijo." No se podían perder estas partículas extrañas. Son generalmente aerodinámicos, vidrioso, redondeadas:estas partículas me recordaron inmediatamente algunas partículas esféricas (redondeadas) que había visto en muestras de sedimentos del límite Cretácico-Terciario, "el llamado límite K-T ahora conocido como el límite Cretácico-Paleógeno (K-Pg) que marcó un evento de extinción masiva planetaria, incluida la extinción de los dinosaurios, hace unos 66 millones de años.

En 1980, Luis Alvarez, un premio Nobel que trabajó en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y UC Berkeley, junto con su hijo, geólogo Walter Alvarez, propuso una teoría, basado en una alta concentración de iridio en depósitos en el límite K-Pg, que el impacto de un gran meteorito provocó esta muerte masiva. Junto con evidencia más reciente, Los científicos ahora creen que el impacto ocurrió en la región de la Península de Yucatán. En impactos de meteoritos, el material molido licuado se expulsa a la atmósfera, formando gotas de material vítreo que caen al suelo.

Algunas de las esferas vidriosas que examinó Wannier parecían estar fusionadas con otras esferas, y otros exhibieron rasgos parecidos a una cola. Si bien algunas de las partículas vítreas se parecían a las asociadas con los impactos de meteoritos, otros que Wannier encontró no eran tan familiares, entre ellos había partículas con una composición similar al caucho y partículas con una variedad de materiales recubiertos en una capa o múltiples capas de vidrio o sílice. Muchas de las partículas miden entre 0,5 y 1 milímetro de diámetro.

Wannier no tenía idea en ese momento de que esta colección de partículas vidriosas que encontró conduciría a un esfuerzo de investigación de años que involucraría a científicos y experimentos en Berkeley Lab y UC Berkeley. El esfuerzo finalmente revelaría la diversidad y singularidad de las partículas estudiadas, incluidas mezclas químicas y minerales inusuales; el exótico ambiente de alta temperatura y alta presión en el que se formaron; y el potencial de nuevos descubrimientos en futuras exploraciones.

Concentración, volumen de material apunta a explosión de bomba atómica

Después de este hallazgo inicial en 2015, Wannier viajó a Japón para recolectar más muestras de arena de playa de la misma región, cerca de la ciudad de Hiroshima.

En todas estas muestras, había entre 12,6 y 23,3 gramos de estos esferoides y otras partículas inusuales por cada kilogramo (2,2 libras) de arena. Esta extraña variedad de partículas vítreas representó entre el 0,6 y el 2,5 por ciento de todos los granos que se examinaron. Wannier arrancó unos 10, 000 de estas partículas de las arenas y las clasificaron en seis grupos diferentes según sus características físicas.

Las concentraciones consistentemente altas de esta extraña variedad de partículas en las arenas de las playas recolectadas entre 4 y 7 millas de la ciudad de Hiroshima levantaron sus sospechas de que podrían estar relacionadas con la explosión de la bomba atómica que devastó Hiroshima en la mañana del 6 de agosto. 1945. Esa bomba mató instantáneamente a 70, 000 o más personas, con un número final de muertes que representa los efectos de la radiación asociados posiblemente superior a 145, 000. La bomba y las tormentas de fuego resultantes arrasaron en su mayoría un área de más de 4 millas cuadradas, y destruyó o dañó aproximadamente el 90% de las estructuras de la ciudad.

Según el volumen de los escombros vidriosos que se encuentran en las arenas de la playa, Wannier y sus colegas estimaron que un kilómetro cuadrado, o aproximadamente 0,4 millas cuadradas de arena de playa en el área, recogido de su superficie a una profundidad de aproximadamente 4 pulgadas, contendría alrededor de 2, 200 a 3, 100 toneladas de partículas.

Un estudio que detalla los análisis del material, publicado en la revista Antropoceno , proporciona una exploración exhaustiva de las muchas fuentes posibles de partículas inusuales, y llega a la conclusión de que se trata de una bomba atómica procedente de la ciudad destruida de Hiroshima.

"Este fue el peor evento creado por el hombre, con mucho, Wannier dijo. En la sorpresa de encontrar estas partículas, la gran pregunta para mí era:tienes una ciudad, y un minuto después no tienes ciudad. Estaba la pregunta de:'¿Dónde está la ciudad ¬¬- dónde está el material?' Es un tesoro haber descubierto estas partículas. Es una historia increíble ".

Conectando con Berkeley Lab, UC Berkeley para análisis detallados

Wannier y de Urreiztieta querían saber más sobre las muestras, entonces contactaron a Rudy Wenk, profesor de mineralogía en UC Berkeley y afiliado de Berkeley Lab desde hace mucho tiempo; Wannier y Wenk habían estudiado geología en la Universidad de Basilea, Suiza, décadas antes.

Wenk estudió primero las muestras del área de Hiroshima usando un microscopio electrónico. Esto permitió una exploración detallada de su composición y estructuras.

Observó una amplia variedad en la composición química de las muestras, incluidas las concentraciones de aluminio, silicio y calcio; glóbulos microscópicos de hierro rico en cromo; y ramificación microscópica de estructuras cristalinas. Otros estaban compuestos principalmente de carbono y oxígeno.

"Algunos de estos se parecen a los que tenemos de los impactos de meteoritos, pero la composición es bastante diferente, "Wenk dijo." Había formas bastante inusuales. Había algo de hierro y acero puro. Algunos de estos tenían la composición de materiales de construcción ".

Para recopilar más detalles sobre las muestras, Wenk se volvió hacia Berkeley Lab, donde él y sus estudiantes han realizado muchos experimentos de microscopía electrónica y rayos X a lo largo de los años. Llevó muestras seleccionadas a la fuente de luz avanzada (ALS) de Berkeley Lab y realizó una serie de mediciones allí.

Nobumichi "Nobu" Tamura, un científico del personal de la ALS con quien Wenk había trabajado antes, junto con sus entonces colegas de ELA, Camelia Stan y Binbin Yue (Stan y Yue dejaron Berkeley Lab desde entonces), asistido en el análisis de las muestras a una escala de menos de 1 micrón, o 1 millonésima de metro, utilizando una técnica conocida como microdifracción de rayos X.

Los dos padres de Tamura nacieron en Japón, y dijo que estaba personalmente interesado en participar en el estudio debido a su ascendencia familiar. "Mi papá tenía 12 años cuando ocurrió el atentado, y vivía a solo 200 millas al norte de Hiroshima, por lo que presenció directamente las noticias y los resultados de estos terribles eventos, "Dijo Tamura.

Los experimentos y análisis relacionados determinaron que las partículas se habían formado en condiciones extremas, con temperaturas superiores a 3, 300 grados Fahrenheit (1, 800 grados Celsius), como lo demuestra el conjunto de cristales de anortita y mullita que identificaron los investigadores.

Tamura señaló que la microestructura única de las partículas estudiadas y el gran volumen de los desechos fundidos presentes también proporcionan una fuerte evidencia de cómo se formaron.

"La hipótesis de la explosión atómica es la única explicación lógica de su origen, " él dijo.

El estudio detalla los hallazgos de los investigadores

Muchas de las partículas en forma de esfera y otros bits probablemente se formaron a gran altura alrededor de la bola de fuego ascendente de la explosión. Los materiales barridos desde el suelo burbujearon y se mezclaron en este ambiente turbulento antes de enfriarse y condensarse y luego llover.

Wannier explicó los procesos que probablemente formaron los materiales en una nube atómica:"El material del suelo se volatiliza y se mueve hacia la nube, donde la alta temperatura cambia la condición física, ", Dijo Wannier." Hay muchas interacciones entre las partículas. Hay muchas esferas pequeñas que chocan y obtienes esta aglomeración ".

Los investigadores también encontraron que la composición de las partículas de escombros se corresponde estrechamente con materiales que eran comunes en Hiroshima en el momento del bombardeo. como el hormigón, mármol, acero inoxidable, y caucho.

Otros estudios han analizado los escombros derretidos del sitio de prueba Trinity en Nuevo México, donde se desencadenó la primera explosión nuclear, y de los sitios de prueba nucleares subterráneos en Nevada. Pero esas muestras tienen una composición claramente diferente que está asociada con su entorno geológico local.

Los escombros de la Trinidad se denominan trinitita, y los investigadores del último estudio han denominado a las partículas fundidas que estudiaron como Hiroshimaita para resaltar sus características distintivas y su probable origen en la explosión de la bomba A de Hiroshima.

"Las partículas de hiroshimaita son mucho más complejas y diversas que las trinititas, "Tamura dijo, debido a su probable génesis en el centro urbano de Hiroshima.

Si bien se han realizado esfuerzos internacionales concertados para ayudar a los supervivientes que sufren los efectos de las radiaciones, para medir los niveles de radiación, y evaluar el daño general causado por los bombardeos atómicos de 1945 en Hiroshima y Nagasaki, el estudio señaló que los escombros derretidos asociados con estos bombardeos aparentemente no habían sido estudiados previamente.

El último estudio fomenta pruebas adicionales para averiguar si alguna muestra contiene elementos radiactivos, y realizar más estudios en las zonas de Hiroshima y Nagasaki.

Planes de estudios de seguimiento

Wannier dijo que ha recibido muestras de suelo de la zona cero en Hiroshima y que puede buscar muestras de escombros de las profundidades subterráneas allí. y también ha recibido una muestra de suelo que contiene escombros vidriosos de un lecho de un río a unas 19 millas al noroeste de donde golpeó la bomba atómica de Hiroshima; los registros históricos muestran que el área estaba en el camino de la nube atómica.

Dijo que también espera explorar si los escombros derretidos exhiben similitudes con los materiales asociados con las erupciones volcánicas.

Tamura y Wenk señalaron que este estudio inicial se centró en solo una pequeña cantidad de partículas de escombros fundidos, y puede valer la pena realizar un estudio más amplio para aprender más sobre las condiciones extremas que produjeron los escombros y posiblemente revelar una química o mineralogía más singular.

Wenk agregado, "Fue bastante fascinante ver todos estos materiales. Lo que esperamos es que otras personas se interesen en ver esto con más detalle, y en la búsqueda de ejemplos alrededor del sitio de la bomba atómica de Nagasaki ".

Wenk envió una copia del último estudio a Jun-Ichi Ando, profesor en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Sistemas Planetarios en la Escuela de Graduados de Ciencias de la Universidad de Hiroshima; se conocieron mientras Wenk se desempeñaba como profesor invitado en la Universidad de Hiroshima en 1998.

"Creo que este tipo de investigación es muy importante para la Universidad de Hiroshima, como una universidad ubicada en el sitio de la bomba atómica, "Ando dijo, y señaló que compartió el estudio con un colega que es mineralogista y estudia el impacto de los meteoritos en la región de Yucatán. También lo compartió con Rebun Kayo, un investigador de la universidad que dirige un grupo de divulgación que crea conciencia sobre las armas nucleares al compartir tejas y ladrillos de Hiroshima marcados por las bombas con instituciones de todo el mundo.

En un esfuerzo no relacionado, Ando ha estudiado un gran trozo de granito asociado con la estructura del Domo de la Bomba Atómica en Hiroshima; fue el único edificio que permaneció en pie cerca de la zona cero. Kayo encontró y recuperó la pieza de granito del lecho de un río local cerca del edificio abovedado en 2017. También se conoce como el Domo de Genbaku o el Monumento a la Paz de Hiroshima.

"Traté de encontrar evidencia de fusión y la onda de choque registrada en la superficie del pilar de granito" usando microscopía electrónica, Ando dijo:su propia investigación generalmente se enfoca en microestructuras de rocas en fallas sísmicas.

Wannier dijo que el estudio de los escombros ha sido un viaje esclarecedor para él. y espera continuar con la investigación. "Durante más de 70 años, este material ha estado allí y nunca se estudió en detalle. Esperamos que esto llame la atención entre la comunidad científica, " él dijo.

"Esperamos que la gente aproveche esta oportunidad".