Trinitita

Trinitita, también conocida como átomsita o vidrio de Alamogordo, es el residuo vítreo que queda en el suelo del desierto después de la explosión nuclear Trinity a base de plutonio. Prueba de bomba el 16 de julio de 1945, cerca de Alamogordo, Nuevo México. El vidrio está compuesto principalmente de arena arcósica compuesta de granos de cuarzo y feldespato (tanto microclina como una menor cantidad de plagioclasa con una pequeña cantidad de calcita, hornblenda y augita en una matriz de arcilla arenosa) que fue derretida por la explosión atómica. Fue descrito académicamente por primera vez en American Mineralogist en 1948.

Por lo general, es de color verde claro, aunque también se encontró trinitita roja en una sección del sitio de la explosión, y también se formaron raros trozos de trinitita negra. Es ligeramente radiactivo pero seguro de manipular.

A partir de 2018, todavía se pueden encontrar piezas del material en el sitio Trinity, aunque la mayor parte fue demolida y enterrada por la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos en 1953.

Formación

En 2005, el científico del Laboratorio Nacional de Los Álamos, Robert Hermes, y el investigador independiente William Strickfaden teorizaron que gran parte del mineral estaba formado por arena que se extraía dentro de la propia bola de fuego y luego llovía en forma líquida. En un artículo de 2010 en Geology Today, Nelson Eby de la Universidad de Massachusetts Lowell y Robert Hermes describieron la trinitita:

Contained within the glass are melted bits of the first atomic bomb and the support structures and various radionuclides formed during the detonation. El vidrio en sí es maravillosamente complejo en las decenas a cientos de escala de micrometros, y además de vasos de composición variable también contiene granos de cuarzo sin fundir. El transporte aéreo del material fundido llevó a la formación de esferas y partículas de vidrio con forma de muñeco. Se forman vasos similares durante todas las detonaciones nucleares de nivel terrestre y contienen información forense que se puede utilizar para identificar el dispositivo atómico.

Esto fue respaldado por un estudio de 2011 basado en imágenes nucleares y técnicas espectrométricas. Los investigadores teorizan que la trinitita verde contiene material de la estructura de soporte de la bomba, mientras que la trinitita roja contiene material procedente del cableado eléctrico de cobre.

Se estima que se utilizaron 4.300 gigajulios (4,3×10¹⁹ erg) julios de energía térmica para formar el vidrio. Como la temperatura requerida para derretir la arena en la forma de vidrio observada fue de aproximadamente 1470 °C (2680 °F), se estimó que esta fue la temperatura mínima a la que estuvo expuesta la arena. El material dentro de la bola de fuego explosiva se sobrecalentó durante aproximadamente 2 a 3 segundos antes de la resolidificación. Elementos relativamente volátiles como el zinc se encuentran en cantidades decrecientes cuanto más cerca se formó la trinitita del centro de la explosión. Cuanto mayor era la temperatura, más se evaporaban estos elementos volátiles y no eran capturados cuando el material se resolidificaba.

La detonación dejó grandes cantidades de trinitita esparcidas alrededor del cráter, y Time escribió en septiembre de 1945 que el sitio tomó la apariencia de "[un] lago de jade verde",; mientras que "el vidrio adopta formas extrañas: canicas torcidas, láminas nudosas de un cuarto de pulgada de espesor, burbujas rotas de paredes delgadas, formas verdes parecidas a gusanos". La presencia de formas redondeadas, parecidas a cuentas, sugiere que algún material se derritió después de ser lanzado al aire y aterrizar ya formado, en lugar de permanecer al nivel del suelo y fundirse allí. Otra trinitita que se formó en el suelo contiene inclusiones de arena infundida. Esta trinitita se enfrió rápidamente en su superficie superior, mientras que la superficie inferior se sobrecalentó.

Composición

La naturaleza caótica de la creación de la trinitita ha dado lugar a variaciones tanto en la estructura como en la composición precisa.

El vidrio ha sido descrito como "una capa de 1 a 2 centímetros de espesor, con la superficie superior marcada por una fina capa de polvo que cayó sobre ella mientras aún estaba fundido". En la parte inferior hay una película más gruesa de material parcialmente fundido, que se clasifica en el suelo del que se deriva. El color del vidrio es verde botella pálido y el material es extremadamente vesicular y el tamaño de las burbujas abarca casi todo el espesor de la muestra. La forma más común de trinitita son fragmentos verdes de 1-3 cm de espesor, lisos por un lado y rugosos por el otro; Esta es la trinitita que se enfrió después de aterrizar todavía fundida en el suelo del desierto.

Alrededor del 30 % de la trinitita es espacio vacío, aunque las cantidades precisas varían mucho entre las muestras. La trinitita también presenta otros defectos, como grietas. En la trinitita que se enfrió después del aterrizaje, la superficie superior lisa contiene una gran cantidad de vesículas pequeñas, mientras que la capa rugosa inferior tiene una densidad de vesículas menor pero vesículas más grandes. Es principalmente alcalino.

Uno de los isótopos más inusuales que se encuentran en la trinitita es un producto de activación de neutrones de bario; el bario en el dispositivo Trinity proviene de la lente explosiva lenta empleada en el dispositivo, conocida como Baratol. El cuarzo es el único mineral superviviente en la mayoría de las trinititas.

La trinitita ya no contiene suficiente radiación como para ser dañina a menos que se ingiera. Todavía contiene los radionucleidos ²⁴¹Am, ¹³⁷Cs y ¹⁵²Eu debido a la prueba Trinity con una bomba de plutonio.

Variaciones

Hay dos formas de vidrio de trinitita con diferentes índices de refracción. El vidrio de índice más bajo se compone principalmente de dióxido de silicio, mientras que la variante de índice más alto tiene componentes mixtos. La trinitita roja existe en ambas variantes y contiene además vidrio rico en cobre, hierro y plomo, así como glóbulos metálicos. El color negro de la trinitita se debe a su riqueza en hierro.

En un estudio publicado en 2021, se descubrió que una muestra de trinitita roja contenía un cuasicristal complejo no descubierto previamente, el cuasicristal artificial más antiguo conocido, con un grupo de simetría en forma de icosaedro. Está compuesto de hierro, silicio, cobre y calcio. La estructura del cuasicristal muestra una simetría rotacional quíntuple. La investigación sobre cuasicristales fue dirigida por el geólogo Luca Bindi de la Universidad de Florencia y Paul Steinhardt, después de que teorizara que era probable que la trinitita roja contuviera cuasicristales, ya que a menudo contienen elementos que rara vez se combinan. La estructura tiene una fórmula de Si₆₁Cu₃₀Ca₇Fe₂. Después de diez meses de trabajo examinando seis pequeñas muestras de trinitita roja, se detectó un único grano de 10 μm.

Forense nuclear

Un estudio de 2010 en la revista de acceso abierto Proceedings of the National Academy of Sciences examinó el valor potencial de la trinitita en el campo de la ciencia forense nuclear. Antes de esta investigación, se suponía que los componentes de la trinitita se fusionaban de manera idéntica y no se podía discernir su composición original. El estudio demostró que el vidrio procedente de detonaciones nucleares podría proporcionar información sobre el dispositivo y los componentes asociados, como el embalaje.

Durante la década de 2010, se llevaron a cabo millones de dólares en investigaciones examinando la trinitita para comprender mejor qué información contenían dichos vasos que podría usarse para comprender la explosión nuclear que los creó. El equipo detrás del análisis de la trinitita de 2010 teorizó que sería útil para identificar a los perpetradores de un futuro ataque nuclear.

Los investigadores involucrados en el descubrimiento del cuasicristal especularon que su trabajo podría mejorar los esfuerzos para investigar la proliferación de armas nucleares, ya que los cuasicristales no se desintegran, a diferencia de otras pruebas producidas por las pruebas de armas nucleares. La trinitita ha sido elegida como tema de investigación en parte debido a lo bien documentada que estaba la prueba nuclear por los científicos en ese momento. Un estudio de 2015 publicado en el Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, financiado por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, describió un método mediante el cual se podía sintetizar deliberadamente vidrio similar a la trinitita para su uso como sujetos de prueba para nuevas técnicas forenses nucleares. La ablación con láser se utilizó por primera vez con éxito para identificar la firma isotópica exclusiva del uranio dentro de la bomba a partir de una muestra de trinitita, lo que demuestra la eficacia de este método más rápido.

Impacto cultural

Al principio, la trinitita no se consideró notable en el contexto de la prueba nuclear y la guerra en curso, pero cuando terminó la guerra, los visitantes comenzaron a notar el vidrio y a coleccionarlo como recuerdo.

Durante un tiempo se creyó que la arena del desierto simplemente se había derretido debido a la energía térmica radiante directa de la bola de fuego y no era particularmente peligrosa. Así, se comercializó como apto para su uso en joyería en 1945 y 1946.

Ahora es ilegal sacar el material restante del sitio, gran parte del cual ha sido retirado por el gobierno de Estados Unidos y enterrado en otras partes de Nuevo México; sin embargo, el material que fue sustraído antes de esta prohibición todavía está en manos de coleccionistas y disponible legalmente en tiendas de minerales. También se encuentran en el mercado trinitita falsificada; La autenticidad de la trinitita requiere un análisis científico para determinarla.

Hay muestras en el Museo Nacional de Ciencia e Historia Nuclear, el Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural, el Museo del Patrimonio de Granjas y Ranchos de Nuevo México y el Museo del Vidrio de Corning; El Museo Nacional de Pruebas Atómicas alberga un pisapapeles que contiene trinitita. En la colección del Science Museum Group del Reino Unido contiene una muestra de trinitita, al igual que el Museo Canadiense de la Guerra en Canadá.

El Instituto SETI, que busca encontrar e investigar signos de vida inteligente en otras partes del espacio, declaró en 2021 que la trinitita se incluiría en su biblioteca de objetos conectados con "momentos de transformación" de interés potencial para los extraterrestres inteligentes. La escultura Trinity Cube de Trevor Paglen, expuesta en 2019 en el Museo de Arte Contemporáneo de San Diego como parte de una colección temática de arte de Paglen titulada Sights Unseen, está hecha parcialmente de trinitita. La obra de arte de 1988 Trinitite, Ground Zero, Trinity Site, Nuevo México del fotógrafo Patrick Nagatani se encuentra en el Museo de Arte de Denver.

Materiales similares

Ocasionalmente, el nombre trinitita se aplica ampliamente a todos los residuos vítreos de las pruebas de bombas nucleares, no solo a la prueba Trinity.

Las pruebas francesas en el sitio de Reggane en Argelia crearon fragmentos vítreos negros de arena fundida que se habían solidificado por el calor de una explosión nuclear. Tras el bombardeo atómico de Hiroshima, en 2016 se descubrió que entre el 0,6% y el 2,5% de la arena de las playas locales eran esferas de vidrio fundido formadas durante el bombardeo. Al igual que la trinitita, el vidrio contiene material del entorno local, incluidos materiales de edificios destruidos en el ataque. El material ha sido denominado hiroshimaite. Kharitonchiki (singular: kharitonchik, ruso: харитончик) es un análogo de trinitita que se encuentra en el sitio de pruebas de Semipalatinsk en Kazajstán en la zona cero de las pruebas nucleares atmosféricas soviéticas. El material negro poroso lleva el nombre de uno de los principales científicos rusos en armas nucleares, Yulii Borisovich Khariton.

Minerales naturales similares

La trinitita, al igual que varios minerales naturales similares, es un vidrio fundido.

Si bien la trinitita y materiales similares son antropogénicos, las fulguritas, que se encuentran en muchas regiones propensas a tormentas eléctricas y en desiertos, son materiales vítreos formados naturalmente y se generan al caer rayos sobre sedimentos como la arena. La impactita, un material similar a la trinitita, puede formarse mediante impactos de meteoritos. La geología de la Luna incluye muchas rocas formadas por uno o más impactos grandes en las que los elementos cada vez más volátiles se encuentran en menores cantidades cuanto más cerca están del punto de impacto, similar a la distribución de elementos volátiles en la trinitita.