На дне Тихого океана обнаружена двойная норма бериллия-10
Бериллий-10 — редкий радиоактивный изотоп, образующийся в атмосфере под воздействием космических лучей. Он дает ценную информацию о геологической истории Земли. Исследовательская группа из Дрезденского центра Гельмгольца в Россендорфе (HZDR) в сотрудничестве с Дрезденским технологическим университетом (TUD) и Австралийским национальным университетом (ANU) обнаружила неожиданно большое скопление этого изотопа в образцах, взятых со дна Тихого океана.
Такая аномалия может быть связана либо со сдвигами в океанских течениях, либо с астрофизическими явлениями, которые произошли примерно 10 миллионов лет назад. Полученные данные потенциально могут служить глобальным ориентиром во времени. Команда ученых представила свои результаты в журнале Nature Communications.
Радионуклиды — это изотопы, которые со временем распадаются на другие элементы. Они используются для датировки археологических и геологических образцов, при этом всем известный радиоуглеродный анализ является лишь одним из методов. Радиоуглеродное датирование основано на том факте, что живые организмы в микроскопических количествах, но непрерывно поглощают радиоактивный изотоп углерод-14 в течение своей жизни.
Как только организм умирает, поглощение прекращается, и содержание 14С начинает уменьшаться в результате радиоактивного распада с периодом полураспада около 5700 лет. Сравнивая соотношение нестабильного 14С и стабильного углерода-12 (12С), исследователи могут определить дату гибели организма и его примерный возраст.
Археологические находки, такие как кости или остатки дерева, могут быть датированы довольно точно. «Однако радиоуглеродный метод позволяет датировать образцы возрастом не более 50 000 лет», — объясняет физик Центра Гельмгольца доктор Доминик Колл.
«Чтобы датировать более старые образцы, нам нужно использовать другие изотопы, такие как космогенный бериллий-10 (10Be)». Этот изотоп образуется, когда космические лучи взаимодействуют с кислородом и азотом в верхних слоях атмосферы. Он попадает на Землю с осадками и может накапливаться на морском дне. Период полураспада 10Be составляет 1,4 миллиона лет, при этом 10Be распадается на бор-10 и бета-частицу, что позволяет продлевать геологические и палеонтологические датировки более чем на 10 миллионов лет за счет стабильности 10B.
Некоторое время назад исследовательская группа Колла изучила уникальные геологические образцы, отобранные на дне Тихого океана на глубине нескольких километров. Образцы представляли собой железомарганцевые корки, которые медленно, но неуклонно формировались на протяжении миллионов лет.
Чтобы датировать образцы, команда проанализировала содержание 10Be, используя высокочувствительный метод — ускорительную масс-спектрометрию в лаборатории HZDR. В ходе этого процесса образец химически очищается перед анализом на наличие следовых изотопов. Отдельные атомы из образца ускоряются высоким напряжением, отклоняются магнитами и затем регистрируются специализированными детекторами.
Этот метод позволяет точно идентифицировать 10Be, отличая его от других изотопов бериллия, а также молекул и изотопов с такой же массой, таких как бор-10.
Когда исследовательская группа оценила собранные данные, их ждал сюрприз. «Примерно через 10 миллионов лет мы обнаружили в пробах почти вдвое больше 10Be, чем ожидали», — сказал Колл.
Чтобы исключить возможность случайной контаминации, эксперты проанализировали дополнительные образцы из Тихого океана, которые показали ту же аномалию.
Океанские течения, взрыв звезды или межзвездное столкновение?
Как же произошло такое поразительное увеличение концентрации около 10 миллионов лет назад? Колл предлагает два возможных объяснения. Одно из них связано с циркуляцией океанских вод вблизи Антарктиды, которая, как полагают, резко изменилась 10–12 миллионов лет назад.
«Это могло привести к неравномерному распределению 10Be в Мировом океане в течение определенного периода времени», — предполагает физик. «В результате течения собрали 10Be в Тихом океане».
Вторая гипотеза носит астрофизический характер. Она предполагает, что 10 миллионов лет назад космическое излучение могло временно усилиться из-за последствий взрыва сверхновой, недалеко от Солнечной системы.
Также Земля могла временно потерять 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 бериллиевая аномалия вызвана изменениями океанских течений, или она имеет астрофизическую природу», — философски заключает Колл.
«Мы планируем проанализировать больше образцов в будущем и надеемся, что другие исследовательские группы сделают то же самое». Если бы аномалия была обнаружена по всему земному шару, гипотеза астрофизиков была бы более правдоподобной. С другой стороны, если бы он был обнаружен только в определенных регионах, объяснение, связанное с изменением океанских течений, стало бы основным.
Аномалия может быть чрезвычайно полезна для геологического датирования по бериллию.
Доминик Колл: «Для периодов, охватывающих миллионы лет, таких космогонических временных меток еще не существует. Однако бериллиевая аномалия потенциально может послужить таким маркером».
Необъяснимое пока превышение содержания бериллия на дне океана заставляет ученых задуматься о возможных последствиях повторения бомбардировки Земли космическими лучами.
Взрыв очередной сверхновой или иной звездный катаклизм может привести к необратимым последствиям для жизни на Земле. Да и наше собственное светило при желании способно полить Землю и другие планеты дозой радиации, от которой у цивилизации нет эффективной защиты.
