Изучение Антарктиды развивается за счёт нового метода датирования льда криптоном-81, расширяющего наши знания о климатических изменениях за миллионы лет.
Профессора Чжэн-Тянь Лу и Вэй Цзян из Китайского университета науки и технологий совместно разработали новый всеоптический метод анализа следов атомов в ловушке, основой которого стала квантовая физика и гляциология. Сотрудничество с американскими гляциологами позволило успешно применить этот инновационный подход к образцам древнего антарктического льда.
Проблема датировки антарктического льда
Толстые слои льда Антарктиды и Гренландии — ценный, но трудный для интерпретации источник информации о климате и эволюции ледяных щитов, подобно кольцам деревьев, но простирающийся гораздо глубже в прошлое Земли. В то время как кольца деревьев измеряют материал в метрах, образцы ледяного керна достигают глубины в километры. В этих слоях заметны значительные климатические сдвиги, однако точная датировка затруднена из-за стратиграфических нарушений.
Редкой радиоактивной составляющей, способной упростить датировку образцов льда, является криптон-81. Но его низкая концентрация (несколько сотен атомов на килограмм льда) создает сложности для исследований.
Преодоление неуловимости криптона-81
В 2021 году команда Лу и Цзяна из Научно-технического университета Китая (USTC) создала первый полностью оптический метод обнаружения отдельных атомов. За последующие четыре года методика была усовершенствована, превратившись в высокоточный процесс для датирования реальных образцов. Ключевым шагом стало создание источника вакуумного ультрафиолетового излучения с высокой интенсивностью и узкой полосой, что позволило проводить неразрушающие измерения.
Источник света позволил команде генерировать метастабильные атомы криптона, одновременно снизив перекрёстное загрязнение на два порядка величины. Эффективность метода повышена за счёт уменьшения необходимого объёма пробы криптона до 100 нанолитров (эквивалентно количеству, содержащемуся в 1 кг льда), а диапазон датирования расширен до 1,5 миллиона лет.
Междисциплинарное сотрудничество
Разработав метод, Лу и Цзян запустили международное сотрудничество для проверки своих результатов. С гляциологами из Принстонского университета — профессором Майклом Бендером и доктором Сарой Шеклтон —
Лу и Цзян провели анализ образцов льда массой 1 кг, собранных с ледника Тейлора в Антарктиде. Этот ледник длиной 35 миль покоится на коренной породе, а не плавает на воде.
Учёные подтвердили точность и надёжность нового метода датирования. Результат, полученный по криптону-81 (примерно 130 000 лет), совпал с точными возрастными оценками, сделанными на основе стратиграфического анализа. Это открывает учёным мощный новый инструмент для изучения небольших образцов ледяных кернов и раскрытия истории климата Земли.
Продолжение изучения ледяного прошлого
Лу и Цзян считают свою работу не завершённой. Команда в USTC сотрудничает с гляциологами внутри Китая и за рубежом для применения методики к образцам придонного льда из Гренландии, Антарктиды и Тибетского нагорья.
Учёные стремятся выяснить сроки существования тибетских ледников, оценить стабильность Гренландского ледяного щита и найти древний лёд переходного периода среднего плейстоцена, что важно для палеоклиматологии и гляциологии.
Статья в журнале Nature Communications.