Mario Wannier, um geólogo de carreira com experiência no estudo da minúscula vida marinha, estava classificando metodicamente partículas em amostras de areia de praia da Península de Motoujina, no Japão, quando percebeu algo inesperado:uma série de minúsculas, esferas vítreas e outros objetos incomuns.

Wannier, que agora está aposentado, vinha comparando detritos biológicos em areias de praia de diferentes áreas em um esforço para avaliar a saúde dos ecossistemas marinhos locais e regionais. O trabalho envolveu o exame de cada partícula de areia em uma amostra sob um microscópio, e com uma escova fina, separar as partículas de interesse de grãos de sedimento em uma bandeja para um estudo mais aprofundado.

Uma surpresa nos grãos de areia:partículas vítreas

"Eu tinha visto centenas de amostras de praias do sudeste asiático, e posso distinguir imediatamente os grãos minerais das partículas criadas por animais ou plantas, então isso é muito fácil, "disse ele. Nas areias de Motoujina, coletado pelo colega de Wannier, Marc de Urreiztieta, ele encontrou traços familiares de organismos unicelulares conhecidos como foraminíferos, que vêm em uma variedade de formas. Eles normalmente têm conchas e residem dentro e ao redor dos sedimentos do fundo do mar.

"Mas havia outra coisa ... é tão óbvio quando você olha as amostras, "ele disse." Você não podia perder essas partículas estranhas. Eles são geralmente aerodinâmicos, vítreo, arredondado - essas partículas me lembraram imediatamente de algumas partículas esféricas (arredondadas) que eu tinha visto em amostras de sedimentos do limite Cretáceo-Terciário, "o chamado limite K-T agora referido como o limite Cretáceo-Paleógeno (K-Pg) que marcou um evento de extinção em massa planetária, incluindo a morte dos dinossauros, cerca de 66 milhões de anos atrás.

Em 1980, Luis Alvarez, um ganhador do Prêmio Nobel que trabalhou no Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e na UC Berkeley, junto com seu filho, geólogo Walter Alvarez, propôs uma teoria, com base em uma alta concentração de irídio em depósitos na fronteira K-Pg, que um grande impacto de meteorito causou essa morte massiva. Juntamente com evidências mais recentes, os cientistas agora acreditam que o impacto ocorreu na região da Península de Yucatán. Em impactos de meteoritos, o material fundido liquefeito é ejetado na atmosfera, formando gotículas de material vítreo que voltam ao solo.

Algumas das esferas vítreas que Wannier examinou pareciam estar fundidas com outras esferas, e outros exibiam características semelhantes a cauda. Embora algumas das partículas vítreas se assemelhem àquelas associadas aos impactos de meteoritos, outros que Wannier descobriu não eram tão familiares - entre eles estavam partículas com uma composição semelhante à borracha e partículas com uma variedade de materiais revestidos em uma camada ou várias camadas de vidro ou sílica. Muitas das partículas mediam cerca de 0,5 milímetro a 1 milímetro de diâmetro.

Wannier não tinha ideia na época que essa mistura vítrea de partículas que ele encontrou levaria a um esforço de pesquisa de anos que envolveria cientistas e experimentos no Laboratório de Berkeley e na UC Berkeley. O esforço acabaria por revelar a diversidade e singularidade das partículas estudadas, incluindo misturas químicas e minerais incomuns; o ambiente exótico de alta temperatura e alta pressão em que se formaram; e o potencial para novas descobertas em futuras explorações.

Concentração, volume de material aponta para a explosão da bomba A

Após esta descoberta inicial em 2015, Wannier viajou para o Japão para coletar mais amostras de areia de praia da mesma região, perto da cidade de Hiroshima.

Em todas essas amostras, havia entre 12,6 a 23,3 gramas desses esferóides e outras partículas incomuns para cada quilograma (2,2 libras) de areia. Essa estranha variedade de partículas vítreas foi responsável por 0,6 a 2,5% de todos os grãos examinados. Wannier arrancou cerca de 10, 000 dessas partículas das areias e as classificou em seis grupos diferentes de acordo com suas características físicas.

As concentrações consistentemente altas desse estranho sortimento de partículas nas areias da praia coletadas a cerca de 4 a 7 milhas da cidade de Hiroshima levantaram suas suspeitas de que podem estar relacionadas à explosão da bomba atômica que devastou Hiroshima na manhã de 6 de agosto, 1945. Essa bomba matou instantaneamente 70, 000 ou mais pessoas, com um número final de mortes contabilizando os efeitos de radiação associados, possivelmente excedendo 145, 000. A bomba e as tempestades de fogo resultantes nivelaram principalmente uma área medindo mais de 4 milhas quadradas, e destruiu ou danificou cerca de 90% das estruturas da cidade.

Com base no volume dos detritos vítreos encontrados nas areias da praia, Wannier e seus colegas estimaram que um quilômetro quadrado, ou cerca de 0,4 milha quadrada de areia de praia na área, coletado de sua superfície a uma profundidade de cerca de 4 polegadas, conteria cerca de 2, 200 a 3, 100 toneladas das partículas.

Um estudo detalhando as análises do material, publicado no jornal Antropoceno , fornece uma exploração exaustiva das muitas fontes possíveis para as partículas incomuns, e conclui que eles são a precipitação da bomba atômica da cidade destruída de Hiroshima.

"Este foi o pior evento feito pelo homem de todos os tempos, de longe, "Wannier disse." Na surpresa de encontrar essas partículas, a grande questão para mim era:você tem uma cidade, e um minuto depois você não tem cidade. Havia a pergunta:'Onde fica a cidade ¬¬- onde está o material?' É um tesouro ter descoberto essas partículas. É uma história incrível. "

Conectando-se ao Berkeley Lab, UC Berkeley para análises detalhadas

Wannier e de Urreiztieta queriam saber mais sobre as amostras, então eles contataram Rudy Wenk, um professor de mineralogia na UC Berkeley e um afiliado de longa data do Berkeley Lab - Wannier e Wenk estudaram geologia na Universidade de Basel, Suíça, décadas antes.

Wenk primeiro estudou as amostras da área de Hiroshima usando um microscópio eletrônico. Isso permitiu uma exploração detalhada de sua composição e estruturas.

Ele observou uma grande variedade na composição química das amostras, incluindo concentrações de alumínio, silício e cálcio; glóbulos microscópicos de ferro rico em cromo; e ramificação microscópica de estruturas cristalinas. Outros eram compostos principalmente de carbono e oxigênio.

"Alguns deles parecem semelhantes ao que temos dos impactos de meteoritos, mas a composição é bem diferente, - disse Wenk. - Havia formas bastante incomuns. Havia um pouco de ferro e aço puro. Alguns deles tinham a composição de materiais de construção. "

Para obter mais detalhes sobre as amostras, Wenk recorreu ao Berkeley Lab, onde ele e seus alunos conduziram muitos experimentos de microscopia eletrônica e raios-X ao longo dos anos. Ele levou amostras selecionadas para a Advanced Light Source (ALS) do Berkeley Lab e conduziu uma série de medições lá.

Nobumichi "Nobu" Tamura, um cientista da equipe da ALS com quem Wenk havia trabalhado antes, junto com os então colegas da ALS, Camelia Stan e Binbin Yue (Stan e Yue desde então deixaram o Berkeley Lab), ajudou a analisar as amostras em uma escala de menos de 1 mícron, ou 1 milionésimo de metro, usando uma técnica conhecida como microdifração de raios-X.

Os pais de Tamura nasceram no Japão, e ele disse que estava pessoalmente interessado em participar do estudo devido à ancestralidade de sua família. "Meu pai tinha 12 anos quando o bombardeio aconteceu, e morava a apenas 320 quilômetros ao norte de Hiroshima, então ele testemunhou diretamente as notícias e resultados desses terríveis eventos, "Tamura disse.

Os experimentos e análises relacionadas determinaram que as partículas se formaram em condições extremas, com temperaturas superiores a 3, 300 graus Fahrenheit (1, 800 Celsius), como evidenciado pela assembléia de cristais de anortita e mulita que os pesquisadores identificaram.

Tamura observou que a microestrutura única das partículas estudadas e o grande volume de detritos derretidos presentes também fornecem forte evidência de como foram formados.

"A hipótese da explosão atômica é a única explicação lógica para sua origem, " ele disse.

Estudo detalha as descobertas dos pesquisadores

Muitas das partículas em forma de esfera e outros bits provavelmente se formaram em uma alta elevação em torno da bola de fogo crescente da explosão. Os materiais varridos do solo borbulharam e se misturaram neste ambiente turbulento antes de resfriar e condensar e depois chover.

Wannier explicou os processos que provavelmente formaram os materiais em uma nuvem atômica:"O material do solo é volatilizado e movido para a nuvem, onde a alta temperatura muda a condição física, "Wannier disse." Existem muitas interações entre as partículas. Existem muitas pequenas esferas que colidem, e você obtém essa aglomeração. "

Os pesquisadores também descobriram que a composição das partículas de detritos corresponde intimamente aos materiais que eram comuns em Hiroshima na época do bombardeio, como concreto, mármore, aço inoxidável, e borracha.

Outros estudos analisaram detritos derretidos do local de teste Trinity no Novo México - onde a primeira explosão nuclear foi desencadeada - e de locais de teste nuclear subterrâneos em Nevada. Mas essas amostras têm uma composição distintamente diferente que está associada ao seu ambiente geológico local.

Os detritos da Trindade são apelidados de trinitite, e os pesquisadores do último estudo apelidaram as partículas de derretimento que estudaram de Hiroshimaita para destacar suas características distintas e sua provável origem na explosão da bomba atômica de Hiroshima.

"Partículas de hiroshimaita são muito mais complexas e diversas do que trinititos, "Tamura disse, devido à sua provável gênese no centro urbano de Hiroshima.

Embora tenha havido esforços internacionais concertados para ajudar os sobreviventes que sofrem dos efeitos da radiação, para medir os níveis de radiação, e para avaliar os danos gerais causados ​​pelos bombardeios atômicos de 1945 em Hiroshima e Nagasaki, o estudo observou que os detritos derretidos associados a esses bombardeios aparentemente não haviam sido estudados anteriormente.

O estudo mais recente incentiva testes adicionais para descobrir se alguma amostra contém elementos radioativos, e conduzir estudos adicionais nas áreas de Hiroshima e Nagasaki.

Planos para estudos de acompanhamento

Wannier disse que recebeu amostras de solo do marco zero em Hiroshima e pode procurar por amostras de detritos no subsolo mais profundo de lá, e ele também recebeu uma amostra de solo contendo detritos vítreos de um leito de rio cerca de 19 milhas a noroeste de onde a bomba atômica de Hiroshima explodiu - registros históricos mostram que a área estava no caminho da nuvem atômica.

Ele disse que também espera explorar se os detritos derretidos apresentam semelhanças com materiais associados a erupções vulcânicas.

Tamura e Wenk observaram que este estudo inicial se concentrou em apenas um pequeno número de partículas de detritos derretidos, e pode valer a pena fazer um estudo mais amplo para aprender mais sobre as condições extremas que produziram os detritos e, possivelmente, revelar uma química ou mineralogia mais exclusiva.

Wenk acrescentou, "Foi muito fascinante olhar para todos esses materiais. O que esperamos é fazer com que outras pessoas se interessem em olhar para isso com mais detalhes, e na busca de exemplos em torno do local da bomba atômica de Nagasaki. "

Wenk enviou uma cópia do último estudo para Jun-Ichi Ando, um professor do Departamento de Ciência da Terra e Sistemas Planetários na Escola de Graduação em Ciências da Universidade de Hiroshima - eles se conheceram enquanto Wenk servia como professor visitante na Universidade de Hiroshima em 1998.

"Acho que esse tipo de pesquisa é muito importante para a Universidade de Hiroshima, como uma universidade localizada no local da bomba atômica, "Ando disse, observando que ele compartilhou o estudo com um colega que é mineralogista e estuda o impacto do meteorito na região de Yucatan. Ele também compartilhou com Rebun Kayo, um pesquisador da universidade que lidera um grupo de divulgação que aumenta a conscientização sobre armas nucleares, compartilhando telhas e tijolos de Hiroshima com marcas de bombas com instituições em todo o mundo.

Em um esforço não relacionado, Ando estudou um grande pedaço de granito associado à estrutura da Cúpula da Bomba Atômica em Hiroshima - foi o único edifício que permaneceu próximo ao marco zero. Kayo encontrou e recuperou o pedaço de granito de um leito de rio local próximo ao edifício abobadado em 2017. Também é conhecido como Cúpula Genbaku ou Memorial da Paz de Hiroshima.

"Tentei encontrar evidências de derretimento e da onda de choque registrada na superfície do pilar de granito" usando microscopia eletrônica, Ando disse - sua própria pesquisa normalmente se concentra em microestruturas de rochas em falhas sísmicas.

Wannier disse que o estudo de destroços foi uma jornada esclarecedora para ele, e ele espera continuar com a pesquisa. "Por mais de 70 anos, esse material está lá e nunca foi estudado em detalhes. Esperamos que isso chame a atenção da comunidade científica, " ele disse.

"Esperamos que as pessoas aproveitem esta oportunidade."