Криптон использован для точного датирования древнего антарктического льда

Группа учёных успешно определила возраст 120 000-летнего антарктического льда с помощью радиометрического датирования по криптону. Этот новый метод может позволить находить и датировать лёд возрастом более миллиона лет.

Способность обнаруживать древний лёд критически важна, поскольку позволит реконструировать климат гораздо дальше в истории Земли и понять механизмы, которые заставляли планету входить в ледниковые периоды и выходить из них. Результаты открытия публикуются на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Самому старому льду, найденному в пробуренных кернах, около 800 000 лет, и с этой новой техникой мы думаем, что сможем исследовать другие регионы и успешно датировать полярный лёд вплоть до 1,5 миллиона лет, — сказал Кристо Буйзерт, ведущий автор статьи. — Это очень интересно, потому что с климатом Земли до 800 000 лет назад происходило много интересного, что мы сейчас не можем изучить по ледяным кернам».

Датирование по криптону, как и более известный метод углерода-14, измеряет распад радиоактивного изотопа с постоянной и известной скоростью и сравнивает его со стабильным изотопом. Однако, в отличие от углерода-14, криптон — инертный газ, который не вступает в химические реакции, и имеет гораздо больший период полураспада — около 230 000 лет. Углеродное датирование плохо работает для льда, так как углерод-14 образуется во льду космическими лучами и охватывает период лишь около 50 000 лет.

Криптон образуется при бомбардировке Земли космическими лучами и сохраняется в пузырьках воздуха, захваченных антарктическим льдом. Его радиоактивный изотоп (криптон-81) распадается очень медленно, а стабильный (криптон-83) не распадается. Сравнение соотношения стабильного и радиоактивного изотопов даёт возраст льда.

Хотя учёные интересовались радиокриптоновым датированием более четырёх десятилетий, атомов криптона-81 так мало и их так трудно подсчитать, что лишь прорыв в технологии детекторов в 2011 году сделал этот метод осуществимым. Новый счётчик атомов, названный Atom Trap Trace Analysis (ATTA), был разработан группой ядерных физиков под руководством Чжэн-Тянь Лу в Аргоннской национальной лаборатории.

В эксперименте на леднике Тейлора в Антарктиде исследователи поместили несколько 300-килограммовых глыб льда в контейнер, растопили его, чтобы высвободить воздух из пузырьков, и сохранили его. Криптон был выделен из воздуха в Университете Берна (Швейцария) и отправлен в Аргонну для подсчёта атомов криптона-81. «Атомная ловушка настолько чувствительна, что может захватывать и подсчитывать отдельные атомы, — сказал Буйзерт. — Единственная проблема — криптона в воздухе, а значит, и во льду, очень мало. Поэтому нам нужны такие большие образцы».

Используя соотношение изотопов, исследователи определили, что образцам с ледника Тейлора 120 000 лет, и подтвердили это, сравнив результаты с хорошо датированными измерениями атмосферного метана и кислорода из ледяных кернов того же периода.

Теперь задача — найти самый старый лёд в Антарктиде. «Многие думают, что это просто вопрос бурения глубже, но это не так просто, — сказал геолог Эдвард Брук, соавтор исследования. — Очень старый лёд, вероятно, существует в небольших изолированных участках у основания ледяного щита, которые ещё не идентифицированы, но во многих местах он, вероятно, уже растаял и утек в океан». Также есть особые зоны, где старый лёд обнажается по краям ледникового поля.

По словам Буйзерта, реконструкция климата Земли до 1,5 миллиона лет назад важна, потому что в период среднего плейстоцена произошёл сдвиг в частоте ледниковых периодов. Считается, что за последние 800 000 лет Земля входила в ледниковые периоды и выходила из них примерно каждые 100 000 лет, но есть свидетельства, что до этого сдвиг происходил каждые 40 000 лет. «Почему произошёл переход от 40 000-летнего цикла к 100 000-летнему? Некоторые полагают, что свою роль могло сыграть изменение уровня углекислого газа в атмосфере. Это одна из причин, почему мы так стремимся найти лёд, который уведёт нас дальше в прошлое, чтобы расширить данные об уровнях CO₂ и проверить эту гипотезу».