Близько 2000 років тому Пліній Молодший спостерігав, як Везувій вивергався через Неаполітанську затоку, знищуючи римські міста Помпеї та Геркуланум. Ця катастрофа стала однією з найвідоміших катастроф стародавнього світу, частково тому, що Пліній залишив чітку розповідь очевидця про неї.
Тепер цей обліковий запис отримав зовсім іншу роль. Вибух, який поховав Помпеї, став точкою калібрування для одного з радіоактивних годинників, за якими вчені реконструюють історію Землі.
Радіоактивний годинник перевірили на історію
Радіометричне датування працює шляхом перетворення радіоактивного розпаду в годинник. Деякі елементи перетворюються на інші елементи з передбачуваною швидкістю, тому вчені можуть виміряти, що залишилося і що утворилося, щоб визначити, як довго мінерал там сидів.
Аргон-аргонове датування використовує калій-40, який повільно розпадається на аргон-40. Коли вулканічні мінерали охолоджуються, щойно вироблений аргон затримується в них. З часом накопичується більше, що дозволяє вченим оцінити, коли утворилася порода.
Щоб полегшити читання годинника, дослідники піддали мінерал дії нейтронів, перетворивши стабільну кількість калію-39 в аргон-39. Потім мас-спектрометр може порівняти аргон-39 і аргон-40 у зразку та оцінити його вік з високою точністю.
Але Везувій представляє надзвичайно важке випробування. Його знаменитий склад відбувся всього близько 2000 років тому – практично вчора з геологічної точки зору. Калію-40 було дуже мало часу для розпаду, тому кристали містять лише невелику кількість новоутвореного аргону-40.
Цей слабкий сигнал легко сплутати. Невелика кількість атмосферного аргону або старого аргону, що залишився в мінералі під час його утворення, може змінити результат. У певному сенсі датувати камінь з часів Римської імперії складніше, ніж датувати камінь, якому мільярди років.
Ось чому корисно виверження Везувію.
Від віку невизначеності до 13 років
Вчені вже проводили цей експеримент на Везувії.
У 1997 році Пол Рен і його колеги використали аргон-аргон у матеріалі від того самого запалювання. Вони прибули у віці 1925 ± 94 років. Це дуже узгоджується з історичними даними, але невизначеність охоплює майже століття. Якщо ви хочете посилатися на конкретні історичні події, це майже все.
Новий результат набагато жорсткіший.
Рен і його колеги ідентифікували сангідін, багатий калієм вулканічний мінерал, з пемзи, пов’язаної з виверженням 79 року нашої ери. Їх результат становив 1938 ± 13 років до вимірювання 2025 року.
«Якщо ви хочете зібрати воєдино недавню історію вулканічних вивержень, точність і точність дійсно важливі», — сказав керівник дослідження Пол Рен, професор із Берклі, який постійно проживає в галузі науки про Землю та планети, і директор незалежного Центру геохронології Берклі. «Дослідження показує, що ви можете досягти такої точності, яка дуже корисна в історичному світі».
Це вдосконалення відображає майже три десятиліття кращих інструментів і методів.
Сучасні мас-спектрометри можуть виявляти значно менші кількості аргону, ніж попередні прилади. Дослідники також покращили нейтронне випромінювання, стандарти калібрування та поправки на небажані ізотопи, що утворюються під час експерименту. Разом ці досягнення зробили можливим читати дуже молодий геологічний годинник набагато точніше, ніж раніше.
«Насправді це була просто комбінація кращих зразків, кращих інструментів і більш інтегрованих зусиль. Усе це поєдналося», — додав Рен.
І тут допомагає досвід Везувію.
Помпеї стають точкою калібрування
Справжнє значення результату Везувію не те, що вчені знають зараз що дата вибуху більш точна. Ми вже знаємо, коли стався цей вибух. Важливо те, що Везувій пропонує геологам рідкісну можливість звірити свій радіоактивний годинник із подією, яка, як ми знаємо, має історичну давнину.
Будь-який радіометричний метод датування залежить від точного знання того, як швидко розпадається радіоактивний ізотоп. Якщо ця ставка навіть трохи нижча, помилка переноситься на кожну дату, обчислену з неї.
Використовуючи стандарт Везувію, дослідники виміряли швидкість розпаду гілки калію-40, яка виробляє аргон-40. Це допомагає зробити калібрування аргон-аргон більш надійним.
Отже, справжня перевага полягає в тому, що це допомагає зустрічатися з іншими багерами. Це виверження 79 року нашої ери допомагає вченим точно налаштувати годинники, які використовуються для відображення подій глибокої історії Землі.
Чому кращі геологічні годинники важливі
Геологів часто цікавить не точний вік гірської породи, ніж порядок подій. Один вибух стався раніше іншого? Кліматичні зміни почалися до чи після масового вимирання? Чи дві події відбулися далеко одна від одної, чи вони були досить близькі в часі, щоб бути пов’язаними?
Кращі стосунки відповідають на ці запитання.
Аргон-аргонове датування вже використовувалося для вивчення ключових моментів в історії Землі, включаючи зіткнення з астероїдами та масове вимирання, яке завершило епоху динозаврів 66 мільйонів років тому. У таких випадках навіть невелике підвищення точності може допомогти вченим створити більш точний графік того, що сталося і коли.
Прогрес також важливий для молодих вулканів.
Багато вулканів не мають письмових записів протягом тисячоліть. Вчені повинні зібрати їх історію на основі старих потоків лави, шарів попелу та відкладень пемзи. Якщо ці відкладення можна буде точніше датувати, дослідники зможуть отримати більш чітке уявлення про те, як часто вивергався вулкан і як його поведінка змінювалася з часом.
У цьому сенсі Помпеї допомагають вченим будувати кращі часові шкали історії Землі.
Дослідження в Досягнення науки.
