Пепел Везувия помог уточнить возраст древних пород
Пепел, оставшийся после одного из самых известных извержений в истории, неожиданно стал ключом к более точным измерениям, которые могут изменить представления ученых о возрасте древних горных пород. Исследование образцов, обнаруженных на территории античных Помпей и соседнего поселения Оплонтис, позволило американским и итальянским физикам существенно повысить точность геохронологических методов и одновременно уточнить один из важных параметров, используемых при радиометрическом датировании. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в научном журнале Science Advances.
Речь идет об извержении Везувия, произошедшем в 79 году нашей эры и погубившем Помпеи, Оплонтис и другие поселения в окрестностях вулкана. На этот раз ученые обратились не столько к самой истории катастрофы, сколько к ее геологическим следам – слоям пепла, сохранившимся спустя почти две тысячи лет.
Особый интерес для исследователей представлял санидин – минерал, богатый калием и способный выступать своеобразными природными часами. В его кристаллической структуре постепенно накапливается аргон-40, который образуется в результате радиоактивного распада калия-40. При этом до извержения минерал находится внутри горячей породы, а аргон может покидать расплав. Когда же вулканический материал выбрасывается на поверхность и быстро остывает, дальнейшее накопление аргона становится своеобразной отметкой времени.
Именно это свойство позволяет использовать санидин для определения возраста вулканических пород. Чем больше в минерале накопилось аргона-40 относительно оставшегося калия-40, тем больше времени прошло с момента его окончательного охлаждения. Однако точность таких «геологических часов» зависит от того, насколько хорошо ученые знают параметры радиоактивного распада. Поэтому исследователи во главе с Полом Ренне, руководителем Геохронологического центра в Беркли, решили проверить методику на материале, возраст которого можно сопоставить с историческими свидетельствами.
Для работы ученые отобрали восемь образцов санидина из вулканического пепла, собранного в Помпеях и Оплонтисе. Их анализ проводился с использованием современных методов масс-спектрометрии, дополненных специальной процедурой нейтронного облучения. Такой подход позволил получить и обнаружить изотопы аргона, образовавшиеся в результате воздействия нейтронов, а затем использовать полученные данные для более точной оценки возраста минералов.
Результат оказался значительно точнее прежних измерений. Если ранее разброс при датировке материала, связанного с извержением Везувия, составлял около 5 процентов, то новая методика позволила сократить его до 0,7 процента. Таким образом, ученые получили возможность определить возраст древнего вулканического пепла с точностью, которая, согласно авторам исследования, стала рекордной для подобных измерений.
При этом значение работы выходит далеко за пределы истории Помпей. Полученные данные позволили исследователям уточнить и период полураспада калия-40 – параметр, от которого непосредственно зависит калий-аргоновый метод определения возраста горных пород. Согласно новым оценкам, этот показатель находится в диапазоне от 11,952 до 12,128 миллиарда лет.
Уточнение столь фундаментальной величины важно потому, что даже небольшая погрешность в исходных параметрах может со временем превращаться в заметную разницу при определении возраста геологических образцов. Чем точнее ученые понимают скорость радиоактивного распада, тем надежнее они могут восстанавливать хронологию формирования пород и связанных с ними геологических событий.
Особенно интересны здесь образцы Везувия, поскольку для них существует независимая историческая привязка. Дату извержения описывал Плиний Младший, чьи свидетельства стали одним из важнейших письменных источников о катастрофе. Поэтому пепел, возраст которого известен благодаря историческим данным, фактически превращается в естественный тест для проверки геохронологических методов.
В результате исследование объединило два разных способа измерения прошлого – письменную историю и физические свойства минералов. Историческая дата извержения Везувия позволила ученым проверить точность радиометрических расчетов, а результаты этих расчетов, в свою очередь, помогли уточнить параметры, необходимые для изучения гораздо более древних геологических процессов.
В дальнейшем такие измерения могут оказаться полезными не только для определения возраста пород. Более точные геохронологические шкалы позволяют сопоставлять результаты различных методов датирования, в том числе радиоуглеродного и калий-аргонового, и тем самым выстраивать более согласованную картину событий далекого прошлого.
Таким образом, почти двухтысячелетний слой вулканического пепла оказался своеобразной лабораторией, в которой ученые смогли проверить возможности современной физики. Катастрофа, навсегда изменившая судьбу Помпей, сегодня помогает исследователям точнее измерять время – причем не только то, которое прошло с извержения Везувия, но и миллиарды лет геологической истории Земли.
Подготовил Роман БОНДАРЧУК, УзА
