Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом - Дэвид Хелфанд
Стоит упомянуть и совпадение пиковых значений 10Be и 14C в 775 и 987 годах нашей эры, обнаруженных, соответственно, в ледяных кернах и годичных кольцах и использованных в исследовании Сигла32 для точного определения календарного возраста ледяных кернов. Чем было вызвано внезапное увеличение количества космических лучей, из-за которого так быстро и резко ускорилось образование этих радиоактивных изотопов? Дальнейшее изучение ледовой летописи, проведенное Ф. Михальди и его помощниками, добавило к этой истории еще один изотоп, Хлор‐36 (36Cl), и предоставило убедительные доказательства для ответа33. Как и 14C, 36Cl существует в соотношении примерно 1 к триллиону по сравнению с двумя своими стабильными изотопами, 35Cl и 37Cl (мы говорили о них в главе 5); кроме того, он формируется в атмосфере под влиянием космических лучей.
Исследователи обнаружили, что относительные количества трех изотопов соответствуют тому, чего следует ожидать от солнечных космических лучей. Однако они пришли к выводу, что масштаб солнечной вспышки, необходимой для столь значительного возрастания численности, должен был превосходить самую сильную солнечную бурю за всю историю наблюдений, – ей стало событие Кэррингтона 1 и 2 сентября 1859 года34. Оно имело глобальные последствия: полярным сиянием можно было любоваться даже на юге Карибского бассейна, а в Новой Англии было так светло, что в полночь можно было читать на улице газету35. Почти все телеграфные системы в мире вышли из строя из-за токов огромной силы, наведенных в магнитном поле Земли. Если бы столь грандиозное событие, не говоря уже о более масштабном, произошло бы в сегодняшнем мире, зависимом от спутников и электронных устройств, это стало бы катастрофой. По оценкам Лондонского Ллойда, ущерб от такого события составит от 0,6 до 2,6 триллиона долларов только для экономики США36. Это тот случай, когда мы очень надеемся, что прошлое – это не анонс будущего.
И, наконец, пришло время кратко коснуться вопроса о еще более отдаленных событиях, повлиявших на летопись ледяных кернов. Взрывное разрушение звезды за считаные часы высвобождает больше энергии, чем Солнце способно произвести за все 10 миллиардов лет своей жизни (см. гл. 16). Поэтому даже несмотря на то, что самые близкие подобные события, зарегистрированные за последние 2000 лет, происходят в сотни миллионов раз дальше Солнца, их огромная энергия все равно может повлиять на Землю. В частности, всплеск рентгеновских лучей, падающий на верхние слои атмосферы, ионизирует большую часть Азота до N2+, который, в свою очередь, соединяется с Кислородом в ряде этапов с образованием нитрат-ионов (NO3—). За последние сорок лет звучали различные заявления о том, что во льду обнаружены выбросы NO3, соответствующие звездным взрывам, которые произошли в 1006, 1054, 1572 и 1604 годах нашей эры – но нам так и не удалось найти убедительных доказательств их правоты ни в одном из независимых исследований ледяных кернов.
Поскольку во всей нашей Галактике каждое столетие взрывается лишь несколько звезд, ждать нам, скорее всего, придется долго – более миллиона лет, если судить по летописи ледяных кернов, – прежде чем ближайшее подобное событие действительно озарит небо. Однако недавно трое исследователей из Национальных институтов здравоохранения связали увеличение содержания редкого изотопа Железа‐60 (60Fe) в глубоководном керне с прохождением нашей планеты вблизи скопления звезд, которое могло вызвать несколько взрывов, случившихся примерно 2,5–3 миллиона лет назад. Ближайший такой взрыв был бы как минимум в тридцать раз ближе, чем те, о которых нам известно из исторических хроник, и воздействие на Землю было бы в 900 раз сильнее37. Поскольку 60Fe – это радиоактивный изотоп, его период полураспада составляет 2,6 миллиона лет, и примерно половина частиц, полученных нами от этих взрывов, все еще сохранилась. На Земле нет источника этого изотопа – весь присутствующий в настоящее время 60Fe поступает в виде крошечной доли из примерно 10 000 тонн межпланетной и межзвездной пыли, которая ежегодно опускается на Землю38.
И все же, благодаря титаническим усилиям, 60Fe недавно обнаружили в антарктическом снеге. Команда из Германии собрала 500 кг снега со своей антарктической исследовательской станции (всему ему менее двадцати лет) и перевезла его в замороженном виде в Мюнхен. Там ученые расплавили его, тщательно профильтровали, пропустили безводные компоненты через масс-спектрометр и обнаружили пять атомов 60Fe (из 50 000 триллионов триллионов атомов, составляющих исходный образец снега). Таким образом, скорость аккреции 60Fe составляет около трех атомов на квадратный фут (примерно 30 на 1 кв. м.) в день, или менее 0,6 миллиграмма (масса двух маковых семян) по всей Земле в год. Тщательно сравнивая количество 60Fe с другими изотопами, исследователи методично исключали образование частиц из метеоритного материала Солнечной системы, а также влияние ядерных испытаний и других антропогенных последствий – и наконец сделали вывод, что эти атомы рождены из межзвездного облака газа и пыли, через которое сейчас проходит Солнечная система. Они отмечают, что создание многолетней летописи, в которой фиксировалась бы концентрация 60Fe, позволило бы определить области космоса, через которые прошла Солнечная система, вращаясь вокруг центра Галактики39.
Другие климатические «посредники»
Годичные кольца деревьев и ледяные керны – далеко не единственные источники сведений о климате далеких эпох. Годовыми слоями обладают и коралловые рифы – вот к кому прекрасно подходит фраза «ты есть то, что ты ешь»! В них остаются изотопные следы, свидетельствующие о температуре океана, об элементах, возникших под действием космических лучей, и о химическом составе воды, в которой они растут. Есть еще фораминиферы40, одноклеточные организмы, заключенные в крошечные раковины из кальцита (CaCO3). Их формы и размеры необычайно многообразны, а состав их популяций очень чувствителен к температуре и кислотности океана. Когда они умирают и падают на дно, то накапливаются слоями, как и лед, а керны, пробуренные и извлеченные со дна океана, предоставляют нам непрерывную летопись, в которой зафиксированы температура поверхности моря и химический состав океана. Черви и другие существа, обитающие в океанских глубинах, немного портят годовые слои, но радиоуглеродное датирование позволяет устанавливать точный возраст на протяжении по крайней мере 50 000 лет. Соотношение 18O/16O в раковинах повторяет картину, обратную тому же соотношению во льду, поскольку чем ниже температура, тем меньше тяжелого изотопа испаряется и тем больше его остается в океане, – иными словами, поэтому чем холоднее, тем больше 18O в раковинах и тем меньше 18O во льду41.
Океанские керны могут раскрыть перед нами страницы исторической хроники в сто с лишним раз более долгой, чем самые глубокие ледяные керны. Недавно ученые из Японии извлекли из океана, с глубины почти
