本周《自然》發表的一項研究Photonuclear reactions triggered by lightning discharge稱,閃電能夠引發一項大氣核反應,並產生放射性同位素。
閃電引起的核反應。例如,閃電可以產生高能的伽馬射線把14N原子核裡的中子移除出去,從而產生不穩定的13N同位素。同位素再衰變成中微子、正電子和穩定的13C原子核。最後,正電子和大氣分子中的電子湮滅產生一對有各自能量的伽馬射線。
一般認為,閃電中伽馬射線的能量可以導致大氣中的光核反應,從而產生中子和正電子(電子對應的反物質)。然而,該反應並未有決定性的觀測證據。
日本京都大學的Teruaki Enoto和同事用四臺輻射探測器,在2017年2月6日發生在日本的一場雷暴中檢測到中子和正電子信號。
根據他們的數據,作者提出閃電引發的一波伽馬射線光子與大氣核碰撞,並產生核反應。大氣中的光核反應產生中子和不穩定的放射性同位素,並在衰變中產生正電子。
作者表明該發現使閃電成為已知地球上第二條可在宇宙射線互作後產生13C、14C和15N等同位素的自然通道。
藉助這個新聞,順手科普一下 14C測年原理!
在大氣層上部,宇宙射線產生的中子與大氣中的氮核發生核反應,生成天然14C,14C在幾小時內最多幾天快速地被氧化成二氧化碳(14CO2),在大氣同溫層風作用下與原有的非放射性CO2充分混合後,擴散到整個地球大氣層中,在植物光合作用和動物對食物中碳的吸收過程中天然14C就進入生物圈,大氣層中CO2還通過與海水交換,14C溶解於海洋,這樣水圈和生物圈中都含有宇宙輻射成因的14C。
生物在活著時由於新陳代謝作用使活著有機體內14C濃度與大氣中的14C濃度保持大致平衡,如果一旦動物或植物死亡後,停止與外界交換,生物體中14C得不到新的補充,處於封閉狀態,其體內原始14C濃度隨著時間的推移按指數定律減少,根據樣品現存的碳十四含量,推算生物死亡年齡,從而確定活動構造年齡 測年範圍。