Майже 2000-річна вулканічна катастрофа допомагає вченим удосконалити годинники, які використовуються для реконструкції історії Землі.
Через майже 2000 років після того, як гора Везувій поховала Помпеї, це виверження служить точкою калібрування для одного з найбільш широко використовуваних методів датування в геології.
Важливо те, що катастрофа сталася під час записаної історії. Пліній Молодший описав виверження, яке вбило його дядька Плінія Старшого, а пізніший історичний аналіз розміщує подію приблизно 24 серпня 79 року нашої ери. Ця надзвичайно точна історична довідка дає вченим рідкісну можливість перевірити, чи радіометричний годинник видає правильний вік.
Історична дата стає науковим показником
Дослідники з Геохронологічного центру Берклі, Каліфорнійського університету в Берклі та Університету Падуї в Італії тепер використали Везувій для уточнення аргон-аргонового датування. У дослідженні, опублікованому в Science Advances, вони повідомляють про значно покращену точність техніки, яка використовується для визначення віку вулканічних порід і реконструкції подій протягом геологічного часу.
Цей прогрес може покращити час минулих вивержень, у тому числі вулканічних систем поблизу густонаселених районів, таких як Неаполь, Мехіко та Джок’якарта, Індонезія. Це також може полегшити порівняння між різними системами датування, включаючи радіовуглецеве датування відносно молодого органічного матеріалу та свинцево-уранове датування гірських порід віком мільярди років.
«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».
Точне вимірювання проти відомого вибуху
Точність і прецизійність описують різні якості вимірювання. Точність означає, наскільки послідовно метод може відтворити результат, тоді як точність описує, наскільки цей результат відповідає справжньому значенню.
Команда проаналізувала вісім зразків санідину, багатого калієм вулканічного мінералу, отриманого в результаті виверження Везувію. Перекалібрований аргон-аргоновий метод датував зразки 1938 ±13 роками до того, як вони були виміряні в 2025 році. Виходячи з історичної дати виверження, мінералам було 1946 років. Це відповідає точності 0,7% і точності 0,4%.
«Це дозволяє нам більш точно зрозуміти причинно-наслідковий зв’язок між подіями в геологічному літописі, такими як структури зіткнення метеорів і масові вимирання», — сказав Рен.
Події на тисячі років
Ця часова шкала може бути важливою, коли дослідники намагаються визначити, чи розділяли основні події лише тисячі чи десятки тисяч років. Приблизно десять років тому Рен використовував аргоно-аргонове датування, щоб обмежити час зіткнень астероїдів наприкінці крейдяного періоду, масових вивержень вулканів в Індії та вимирання нелітаючих динозаврів приблизно 66 мільйонів років тому.
Отримана хронологія підтвердила ідею про те, що цей удар міг посилити вулканічну активність і що обидві події сприяли вимиранню. Встановлення порядку та інтервалу таких подій залежить від методів невизначеності датування, щоб розрізнити процеси, які відбуваються близько один до одного в геологічному часі.
Аспірантка Керолайн Хаслер також переглянула історичні докази виверження Везувію. Його аналіз підтвердив дату 24 серпня, яку приписують Плінію Молодшому, з невизначеністю майже в два місяці.
Період напіввиведення калію-40
Це історичне обмеження дозволило дослідникам покращити іншу фундаментальну величину: період напіврозпаду калію-40, коли він розпадається до аргону-40. Команда підрахувала період напіврозпаду в 12,044 мільярда років із похибкою 0,088 мільярда років. За словами дослідників, ця оцінка приблизно вдвічі точніша за попередню оцінку ядерної фізики.
Група Рена вже намагалася використовувати Везувій як еталон калібрування. Під час аналізу 1997 року команда визначила санідин з пемзи, утвореної виверженням 79 року нашої ери, і дійшла висновку, що врешті можлива точність менше 1%.
Нова робота досягає цієї межі завдяки поєднанню вдосконалених зразків, більш потужного мас-спектрометра та оновлених методів нейтронного опромінення.
Як працює аргон-аргонове датування
Аргон-аргоновий тест заснований на радіоактивному розпаді калію-40 на аргон-40. Аргон є газом і зазвичай не зберігається в розплавленій породі до того, як вона охолоне та кристалізується, тому аргон, який накопичується після цього, може діяти як запис минулого.
У лабораторії дослідники опромінюють зразок нейтронами, перетворюючи стабільний калій-39 в аргон-39. Потім вимірюють співвідношення аргону-40 до аргону-39. Оскільки кількість калію можна визначити за утвореним аргоном-39, співвідношення дає спосіб обчислити радіоактивний інтервал. Вища частка аргону-40 зазвичай вказує на старішу структуру.
Десятки років використання пемзи забезпечують кращий матеріал
Покращені вимірювання Везувію частково залежали від пемзи, зібраної десятиліттями раніше. У 1998 році співавтор Андреа Марцолі з Падуанського університету отримав багаті калієм зразки з Оплонтіса, ще одного римського міста, похованого під час виверження.
Ці зразки були взяті з ранніх вулканічних відкладень. Резервуари магми під стратовулканами, такими як Везувій, можуть бути хімічно шаруватими, з елементами, розподіленими серед розплавленої породи нерівномірно. Калій може бути зосереджений у верхній частині резервуара, що дозволяє багатій на калій магмі відкладатися на ранній стадії та в нижніх шарах попелу та пемзи.
Зразки Marzoli походять із нижчих родовищ і містять більше калію, ніж матеріал, використаний у попередніх дослідженнях, що робить їх особливо корисними для аналізу аргон-аргон.
Відвідайте зразки, які не використовувалися роками
Вони залишалися без аналізу протягом багатьох років. Нещодавно аспіранти Хаслер, Ентоні Фуентес і Енді Толт, працюючи з постдокторантом Джеком Картером у лабораторії Рена, запропонували використовувати зразки для покращення вимірювань 1997 року.
Зусилля також стали частиною ширших зусиль з узгодження аргоно-аргонового датування з датуванням уран-свинцем, ще одним основним методом датування гірських порід. Дві системи покладаються на різні процеси радіоактивного розпаду, тому конфлікт між ними може обмежити зусилля побудувати єдину, узгоджену хронологію історії Землі.
«Вони розробили байєсівський план, опублікований у 2025 році, для взаємного калібрування цих двох найважливіших геохронометрів, які у нас є, і які роками не дають стабільних результатів», — сказав Ренне.
Краще налагодження геологічних годинників
Вимірювання Везувію в 1997 році були включені в цю попередню спробу калібрування, але їх більша невизначеність обмежувала те, наскільки вони могли вплинути на результати. Нові розміри забезпечують набагато жорсткіше обмеження.
«Насправді це була просто комбінація кращих зразків, кращих інструментів і більш інтегрованих зусиль. Усе це поєдналося», — додав Рен. Він доручає співавтору Біллу Кассаті важливу роль у розробці аналітичної стратегії та аналізі даних.
Перегляньте дату вибуху
Перш ніж Везувій зможе стати історичним орієнтиром, команда повинна вирішити тривалу суперечку щодо дати виверження. Деякі історики стверджують, що виверження відбулося пізніше восени 79 року нашої ери, частково через монету, знайдену в Помпеях, яка була викарбувана не раніше вересня.
Гаслер порівняв цей артефакт з іншими римськими монетами того ж періоду і дійшов висновку, що він, ймовірно, був виготовлений до вересня. Дослідники все ще допускають двомісячну невизначеність в історії виверження.
Ця невизначеність мало вплинула на загальне калібрування аргон-аргонового методу, але була більш важливою при розрахунку періоду напіврозпаду калію-40, де історичний вік служив прямим обмеженням.
До безперервної хронології історії Землі
Покращене калібрування аргон-аргон також може допомогти покращити радіовуглецеве датування, стандартний метод визначення датування органічних матеріалів, таких як деревина, протягом останніх 55 000 років або близько того, сказав Ренне. Краща узгодженість між незалежними системами датування може зменшити розбіжності, коли дослідники порівнюють події, записані в різних типах матеріалів.
«Ми сподіваємося справді інтегрувати методи геологічного датування, використовуючи ту саму математику, той самий байєсівський підхід і вводячи більше даних, більше необроблених спостережень», — сказав він. «Але визначення аргон-аргону завжди буде стандартом — у цьому сенсі це буде важливий калібратор».
Результати Везувію також встановлюють новий стандарт для ідентифікації відносно недавніх вивержень за допомогою аргон-аргонових методів. За сприятливих умов, дослідники повідомляють, що історичні події тепер можуть бути вирішені з невизначеністю в масштабі десятиліть.
Цитата: «Пліній Молодший розвиває геохронологію» Пол Р. Ренн, Вільям С. Кассата, Керолайн А. Дж. Хаслер, Джек Н. Картер, Ентоні Дж. Фуентес, Ендрю Дж. Толт і Андреа Марцолі, 25 вересня 2026 р., Досягнення науки.
DOI: 10.1126/sciadv.aeg2624
Робота була профінансована Національним науковим фондом (2102788, 2030393), Фондом Енн і Гордона Гетті та Геохронологічним центром Берклі.
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня SciTechDaily.
Слідкуйте за нами в Google і Google News.
