l'histoire d'un isotope

Carbone chaud: le carbone 14 et une révolution scientifique John F. Marrune presse de l'université Columbia (2019)

Près de 80 ans se sont écoulés depuis la découverte du carbone 14, un isotope radioactif du sixième élément. Parce que sa décroissance peut être utilisée pour suivre le passage du temps, le radiocarbone a apporté une multitude de contributions à travers la Terre, ainsi que dans les sciences environnementales, biologiques et archéologiques. Dans le merveilleusement engageant Carbone Chaud, l’océanographe John Marra va beaucoup plus loin dans cette histoire, explorant non seulement la science, mais aussi pourquoi nous devrions nous en préoccuper.

Le radiocarbone est rare dans la nature et se forme dans la haute atmosphère grâce à l'interaction des rayons cosmiques avec l'azote. Il est rapidement converti en dioxyde de carbone et se filtre en une multitude de réservoirs de carbone dans la biosphère et les océans. Les organismes vivants prennent constamment ¹⁴C, et après leur mort, l'isotope se désintègre à un taux connu. En mesurant la quantité restante dans un échantillon à base de carbone, il est possible de calculer son âge. Depuis les années 1940, cette technique a été utilisée pour dater des matériaux remontant à plus de 60 000 ans, depuis les débuts de la migration des hommes modernes hors d'Afrique, en datant des os et du charbon de bois depuis des foyers anciens, en passant par les taux de croissance incroyablement lents des mousses. vivant aux confins de l'Antarctique. En rappelant ces faits, Marra propose des récits fascinants sur les grands chercheurs – beaucoup oubliés depuis longtemps – dont les découvertes ont rendu possibles la théorie, la pratique et les résultats que nous prenons maintenant pour acquis. Il y en a assez pour satisfaire les informations les plus insatiables.

Carbone Chaud commence par l’extraordinaire histoire du chimiste Martin Kamen, né au Canada d’immigrants russes. En février 1940, Kamen essayait de produire un nouvel isotope de carbone au laboratoire de rayonnement Berkeley de l'Université de Californie. Privé de sommeil après trois nuits de collecte de graphite irradié en quantité suffisante pour mesurer l'isotope espéré, il sortit. Son apparence décoiffée a attiré l'attention de la police; pire, il correspondait à la description d'un condamné évadé qui était parti pour une tuerie. Accusé au poste de police, Kamen a finalement été relâché lorsqu'un survivant du bain de sang a confirmé qu'il n'était pas le suspect. Kamen est retourné au laboratoire pour constater que son collègue Sam Ruben avait analysé l'échantillon soigneusement rassemblé et avait constaté qu'il était radioactivement mesurable. L'histoire de ¹⁴C a donc commencé avec une dose de drame élevé.

Initialement censée avoir une demi-vie de seulement quelques minutes ou quelques heures, cette forme lourde de carbone était considérée comme une priorité de recherche peu importante. Mais les efforts de Kamen et de Ruben ont prouvé qu’il resterait stable au fil des millénaires, ouvrant un nombre impressionnant de pistes de recherche (sa demi-vie de 5 730 ans a été déterminée quelques années plus tard). Kamen n'a jamais reçu le crédit qu'il méritait, devenant une victime de la ferveur anticommuniste américaine des années 1940 et 1950. Ceux qui ont appliqué ses idées, tels que les chimistes Willard Libby et Melvin Calvin, ont récolté la récompense scientifique.

Nous suivons le ¹⁴Parcourez un certain nombre de disciplines, en découvrant par exemple comment Calvin et son équipe ont utilisé l’isotope pour déterminer la manière dont les plantes convertissent le CO.₂ en sucre, révélant les processus complexes qui sous-tendent la photosynthèse. Nous voyons comment des laboratoires installés en Grande-Bretagne, en Suisse et aux États-Unis ont utilisé du radiocarbone pour dater le lin utilisé pour tisser le suaire de Turin (certains croient qu'il est le vêtement funéraire de Jésus) entre 1260 et 1390. La datation au radiocarbone a montré qu'Ötzi – le cadavre retrouvé après la fonte des glaces alpines à la frontière italo-autrichienne en 1991 – a plus de 5 000 ans. Et nous découvrons comment les médicaments candidats, étiquetés avec ¹⁴C à des parties spécifiques de la molécule, peuvent être suivis tout au long des phases du métabolisme du corps afin de tester la sécurité et l’efficacité du médicament. Il y a beaucoup plus. Marra explique, par exemple, comment peu de temps après ¹⁴C a été découvert, CO dissous₂ dans l’eau de mer a été utilisé pour suivre le mouvement des courants dans les profondeurs de l’océan, révélant des connexions autour de la planète considérées comme insondables auparavant.

Le carbone 14 est peut-être la vedette, mais les scientifiques, les institutions et les hasards jouent un rôle de soutien précieux. Take Libby, lauréat du prix Nobel de chimie en 1960 pour ses travaux sur la datation au radiocarbone. À un moment donné, son équipe s’est rendue dans les égouts de Baltimore, dans le Maryland, pour collecter du méthane produit à partir de déchets humains, afin de démontrer sans équivoque qu’il contenait beaucoup plus ¹⁴C que des échantillons archéologiques et un morceau de bois de cœur de séquoia daté avec précision.

Marra révèle également, de manière très détaillée, les difficultés rencontrées par les premiers chercheurs pour acquérir de précieux échantillons de plancton, ouvrant ainsi une nouvelle perspective sur la productivité des océans et, à terme, sur la séquestration du carbone. Sa propre expérience dans ce domaine met en lumière l’esprit pionnier des chercheurs face aux conditions sauvages, aux espaces restreints et parfois aux capitaines de navires affreux. La persévérance obstinée et la conviction que les travaux les aideraient à comprendre le potentiel des océans pour incorporer du carbone inorganique dans des composés organiques ont progressivement surmonté les limites technologiques, ce qui fait toujours l’objet de recherches approfondies.

Des mystères demeurent dans les sciences de la Terre, tels que l'efficacité du cycle du carbone et les ramifications de l'activité humaine, y compris notre soif apparemment insatiable de combustibles fossiles. Surtout, Marra montre comment ¹⁴C peut être utilisé pour démêler les processus sur plusieurs échelles de temps. Il explique pourquoi l’océan Austral est le «gardien» de la circulation océanique de la planète et explique en quoi des changements brusques dans la formation des eaux profondes et la position des vents sous-jacents peuvent entraîner des changements spectaculaires dans le cycle du carbone. Sobrement, un doublement des niveaux atmosphériques de ¹⁴C – résultant des essais de bombes nucléaires du milieu du XXe siècle – est conservé comme un pic dans les archives naturelles constituées annuellement, y compris les cernes d'arbres. Ce marqueur pourrait être choisi pour définir le début d’une nouvelle époque géologique: l’Anthropocène.

Carbone Chaud offre une perspective opportune sur la façon incroyable dont notre planète est connectée – et comment ¹⁴C continuera d’être important pour nous aider à comprendre ce qui nous attend.