11.02.2025

Аномалия в глубоком море

  Бериллий-10, редкий радиоактивный изотоп, вырабатываемый космическими лучами в атмосфере, дает ценную информацию о геологической истории Земли. Исследовательская группа из Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) в сотрудничестве с TUD Dresden University of Technology и Австралийским национальным университетом (ANU) обнаружила неожиданное накопление этого изотопа в образцах, взятых со дна Тихого океана. Такая аномалия может быть связана со сдвигами в океанических течениях или астрофизическими событиями, которые произошли примерно 10 миллионов лет назад. Результаты исследования могут служить глобальным маркером времени, представляя собой многообещающий прогресс в датировании геологических архивов, охватывающих миллионы лет. Группа представляет свои результаты в научном журнале Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-024-55662-4).  

Радионуклиды — это типы атомных ядер (изотопов), которые со временем распадаются на другие элементы. Они используются для датирования археологических и геологических образцов, причем радиоуглеродное датирование является одним из наиболее известных методов. В принципе, радиоуглеродное датирование основано на том факте, что живые организмы непрерывно поглощают радиоактивный изотоп углерод-14 ( 14 C) в течение своей жизни. После смерти организма поглощение прекращается, и  содержание 14 C начинает уменьшаться за счет радиоактивного распада с периодом полураспада приблизительно 5700 лет. Сравнивая соотношение нестабильного  14 C и стабильного углерода-12 ( 12 C), исследователи могут определить дату смерти организма.

Археологические находки, такие как кости или остатки древесины, можно датировать довольно точно таким образом. «Однако радиоуглеродный метод ограничен датированием образцов возрастом не более 50 000 лет», — объясняет физик HZDR доктор Доминик Колл. «Чтобы датировать более старые образцы, нам нужно использовать другие изотопы, такие как космогенный бериллий-10 ( 10 Be)». Этот изотоп образуется при взаимодействии космических лучей с кислородом и азотом в верхних слоях атмосферы. Он достигает Земли через осадки и может накапливаться на морском дне. С периодом полураспада 1,4 миллиона лет 10 Be распадается на бор, что позволяет проводить геологическое датирование, которое может охватывать более 10 миллионов лет.

Некоторое время назад исследовательская группа Колла исследовала уникальные геологические образцы, извлеченные из Тихого океана на глубине нескольких километров. Образцы состояли из железомарганцевых корок, в основном из железа и марганца, которые формировались медленно, но неуклонно в течение миллионов лет. Для датирования образцов команда проанализировала содержание 10Be с помощью высокочувствительного метода — ускорительной масс-спектрометрии (AMS) в HZDR. В этом процессе образец химически очищается перед тем, как пройти анализ на следовые изотопы. Отдельные атомы из образца ускоряются высоким напряжением, отклоняются магнитами, а затем регистрируются специализированными детекторами. Этот метод позволяет точно идентифицировать 10Be , отличая его от других изотопов бериллия, а также молекул и изотопов с той же массой, таких как бор-10.

Когда исследовательская группа оценила собранные данные, их ждал сюрприз. «Примерно через 10 миллионов лет мы обнаружили почти вдвое больше 10Be , чем ожидали», — сообщает Колл. «Мы наткнулись на ранее не обнаруженную аномалию». Чтобы исключить любую возможность загрязнения, эксперты проанализировали дополнительные образцы из Тихого океана, которые также продемонстрировали ту же аномалию. Эта согласованность позволяет команде сделать вывод, что это действительно реальное явление.

Но как такое поразительное увеличение концентрации произошло около 10 миллионов лет назад? Колл, который защитил докторскую диссертацию в Техническом университете Дрездена и Австралийском национальном университете, предлагает два возможных объяснения. Одно из них связано с циркуляцией океана вблизи Антарктиды, которая, как полагают, резко изменилась 10–12 миллионов лет назад. «Это могло привести к неравномерному распределению 10Be по Земле в течение некоторого периода времени из-за изменившихся океанических течений», — объясняет физик. «В результате 10Be мог особенно сконцентрироваться в Тихом океане».

Вторая гипотеза имеет астрофизическую природу. Она предполагает, что последствия взрыва сверхновой звезды около Земли могли привести к тому, что космическое излучение стало временно более интенсивным 10 миллионов лет назад. В качестве альтернативы, Земля могла временно потерять свой защитный солнечный щит — гелиосферу — из-за столкновения с плотным межзвездным облаком, что сделало ее более уязвимой для космического излучения. «Только новые измерения могут указать, была ли аномалия бериллия вызвана изменениями в океанических течениях или имеет астрофизические причины», — говорит Колл. «Вот почему мы планируем проанализировать больше образцов в будущем и надеемся, что другие исследовательские группы сделают то же самое». Если бы аномалия была обнаружена по всему миру, гипотеза астрофизики была бы поддержана. С другой стороны, если бы она была обнаружена только в определенных регионах, объяснение, связанное с измененными океаническими течениями, считалось бы более правдоподобным.

Аномалия может быть чрезвычайно полезна для геологического датирования бериллия. При сравнении различных архивов для датирования возникает одна фундаментальная проблема. Общие маркеры времени должны быть идентифицированы во всех наборах данных, чтобы их можно было правильно синхронизировать друг с другом. Доминик Колл объясняет: «Для периодов, охватывающих миллионы лет, таких космогенных маркеров времени пока не существует. Однако эта аномалия бериллия имеет потенциал служить таким маркером».

Источник Dresden University of Technology