Использование криптона-81 для датирования льда открывает новые возможности в изучении Антарктиды и позволяет более детально проследить изменения палеоклимата за миллионы лет.
Профессора Чжэн-Тянь Лу и Вэй Цзян из Китайского университета науки и технологий (USTC) руководили созданием нового метода всеоптического анализа следов атомов в ловушке, объединив достижения квантовой физики и гляциологии. В сотрудничестве с американскими гляциологами им удалось успешно применить эту инновационную технологию для изучения образцов древнего антарктического льда.
Проблема датировки антарктического льда
Массивные ледяные образования в Антарктиде и на Гренландском ледяном щите содержат важную информацию об истории климата и развитии ледяных щитов, подобно годичным кольцам деревьев, но охватывают гораздо более длительный период времени. Если годичные кольца деревьев отражают изменения в пределах нескольких метров, то ледяные керны могут достигать километровых глубин. Эти слои демонстрируют существенные колебания климата, однако точная датировка затруднена из-за нарушений стратиграфии.
Криптон-81, являющийся редким радиоактивным изотопом, может послужить потенциальным решением указанной проблемы. При грамотном использовании криптон-81 способен облегчить процесс датировки ледяных образцов. Однако его дефицитность создает значительное препятствие: всего несколько сотен атомов этого изотопа содержатся в одном килограмме льда, что ставит исследователей перед задачей поиска «иголки в стоге сена».
Преодоление неуловимости криптона-81
В 2021 году исследователи из Научно-технического университета Китая (USTC), возглавляемые Лу и Цзяном, впервые представили полностью оптический метод для обнаружения отдельных атомов. За последующие четыре года команда доработала свою технологию, создав высокоточный метод, позволяющий точно определять возраст реальных образцов. Значительным достижением стало создание мощного источника вакуумного ультрафиолетового излучения с узкой полосой, обеспечивающего возможность проведения измерений без повреждения анализируемых объектов.
Благодаря данному источнику света, команда смогла создавать метастабильные атомы криптона, при этом снизив уровень перекрестного загрязнения на два порядка. Кроме того, был улучшен метод, что позволило сократить требуемый объём криптона до 100 нанолитров (что соответствует количеству, содержащемуся в 1 кг льда), и расширить диапазон датирования до 1,5 миллиона лет.
Междисциплинарное сотрудничество
Лу и Цзян, разработав данный метод, начали налаживать международное сотрудничество для подтверждения полученных результатов. Для анализа образцов льда весом 1 кг, извлеченных с ледника Тейлора в Антарктиде, они объединили усилия с гляциологами из Принстонского университета: профессором Майклом Бендером и доктором Сарой Шеклтон. Этот ледник, протяженностью 35 миль, расположен на скальном основании и не дрейфует в воде.
Новый метод датирования был признан точным и надёжным после сравнения результатов, полученных с использованием криптона-81 (около 130 000 лет), со стратиграфическими данными, позволяющими получить наиболее точные возрастные оценки. Благодаря этому достижению у исследователей появился эффективный инструмент для изучения небольших образцов ледяных кернов, что позволит реконструировать историю климата Земли.
Продолжение изучения ледяного прошлого
Лу и Цзян полагают, что их работа ещё не окончена. В настоящее время их команда из USTC взаимодействует с экспертами в области гляциологии как в Китае, так и за его пределами, чтобы использовать эту методику для изучения образцов придонного льда, взятых в Гренландии, Антарктиде и на Тибетском нагорье.
Работа направлена на повышение точности определения продолжительности жизни тибетских ледников, на оценку устойчивости Гренландского ледяного щита и на выявление древнего льда, относящегося к переходному периоду среднего плейстоцена. Это позволяет получить важные данные для изучения палеоклимата и процессов, связанных с ледниками.
Статья в журнале Nature Communications.