Физики помогают геологам изучать четвертичный период

05.08.2011 19:51

Четвертичный период является важным этапом в эволюции Земли и человека, но он слишком непродолжителен, поэтому к нему малоприменимы стандартные методы датирования. Отныне учеными-физиками предложен совершенно  новый метод датирования.
В 18-м конгрессе Международного союза по изучению четвертичного периода, состоявшемся  в Берне, столице Швейцарии, приняли участие не только геологи, археологи, палеонтологи, климатологи и другие ученые смежных профессий, но и исследователи из таких специальностей, которые напрямую не относятся к данной тематике - например, физики. Однако именно они внесли весомый вклад в работу нынешнего конгресса.
Четвертичный период - это период  в геологической хронологии Земли, который начался приблизительно  2.6 миллионов лет назад и который продолжается и сейчас. Именно в этот период сформировался тот рельеф планеты, который мы имеем возможность наблюдать, именно в этот период эволюция в природе привела к появлению человека разумного. Кроме того, именно на четвертичный период пришлись чередования долгих ледниковых эпох с более теплыми, но короткими межледниковыми промежутками времени - это дает возможность судить об эволюции климата на планете.
Таким образом, важность изучения представителями науки четвертичного периода не вызывает никаких сомнений. Однако ввиду его малой продолжительности (по геологическим меркам 2.6 миллиона лет - сущие пустяки), принятые в геохронологии  палеонтологические методы определения возраста минералов и пород оказались недостаточно точными и чувствительными. Оказались непригодными и методы, основанные на радиоактивном самопроизвольном  распаде долгоживущих изотопов.
Исследователи, которые специализируются на исследовании четвертичного периода, и прежде всего, голоцена – самой современной геологической эпохи, которая началась сразу же после  окончания последнего ледникового периода 11.7 тысяч лет назад, - решили по указанной выше причине сделать ставку на методы, основанные на радиоактивном распаде изотопов с коротким временем жизни.
Наиболее  распространен так называемый радиоуглеродный метод. Он дает возможность определять возраст материалов из органики посредством измерения количественного содержания в них изотопа углерода С-14 и сравнении этого показателя с количеством стабильных изотопов. Подобным методом можно датировать и очень важные для климатологов глетчеры, правда, при условии наличия в них остатков растительного или животного происхождения.
«Здесь и начинаются определенные трудности, - говорит Йорг Шеффер, немецкий физик, профессор Колумбийского университета (Нью-Йорк). – Особенно в тех случаях, когда имеются в виду близкие к нам времена четвертичного периода. В эпоху голоцена, как известно, глетчеры не спускались в низины, а располагались достаточно высоко, как правило, над верхней границей растительности древесного происхождения. Поэтому обнаружить органику в мореных отложениях, то есть именно в глетчерных льдах, удается достаточно редко».
Это и стало причиной того, что  ученый вместе с коллегами взялся за разработку нового метода, позволяющего с достаточно высокой точностью, на уровне 100 лет, датировать ледники, которые не содержат вообще никакой органики. В основе данного  метода – несложное соображение: наступление ледника всегда сопровождается экзарацией, то есть разрушением имеющегося на пути движения почвенного покрова и слагающих ложе ледника горных пород, расположенных на поверхности, а его отступление впоследствии обнажает все эти эродированные породы, после чего  они подвергаются интенсивному воздействию земной атмосферы и потока высокоэнергетических космических частиц.
Йорг Шефер поясняет: «В том, что все живое на Земле испытывает воздействие этого космического излучения, нет ничего необычного и нового. Однако новое присутствует в другом: как получилось, что эти частицы, пройдя атмосферу,  у поверхности Земли все еще обладают такой большой энергией, что становятся причиной ядерных реакций в горных породах, во время которых образуются новые радионуклиды в кристаллической решетке минералов. Причем все эти процессы являются некоей функцией времени».
В результате исследований в этом направлении в распоряжении ученых оказались  радионуклидные часы, новая  разновидность радиоизотопного метода датирования.
Самый большой интерес у ученых вызывает, кроме радиоизотопа углерода, радиоизотоп бериллия Ве-10. Оба рассматриваемых изотопа получаются во время воздействия космического излучения, к примеру, в кварцевых кристаллах Ронского ледника, расположенного  в швейцарских Альпах. Чем дольше размер ледника был меньше, чем в нынешнее время, и чем дольше породы подвергались космическому излучению, тем в больших количествах образовывались эти изотопы.
«Однако проблема в том, что Ронский ледник далеко не всегда был меньше, чем сейчас, - говорит Йорг Шефер. - Он периодически то наступал, то отступал, и в те периоды,  когда он был больше, чем сейчас, образование новых радионуклидов космического происхождения на покрытой льдом тогда, но доступной нам сегодня территории прекращалось. За прошедшее  время углерод-14 успевал полностью распасться, так как  период его полураспада - 5730 лет, зато  бериллий-10 с периодом полураспада  1.5 миллионов лет сохранялся практически в полном объеме. Сейчас мы имеем возможность все это измерить в лабораторных условиях  и восстановить хронологию соответствующих процессов».
По количеству изотопа бериллий-10  можно делать выводы, как долго конкретная  территория была полностью лишена ледового покрова, а соотношение между изотопами углерод-14  и бериллий-10 позволяет, наоборот,  судить о том, в течение какого промежутка времени она была покрыта льдом. Если говорить конкретно о  Ронском леднике, то ученые определили, что на протяжении большей части  голоцена он был меньше, чем сейчас. Следовательно, нынешнее таяние ледников – обычное явление и нынешнее потепление никакой глобальной угрозы не несет?
Йорг Шефер на это возражает: «В эпоху голоцена таких значительных природных колебаний климата, которые были бы сравнимы по своему уровню с тем, что мы  сейчас делаем с нашей атмосферой, не было. И если даже незначительные  изменения климата оказывали очень сильное воздействие на ледник, то сегодняшнее  потепление чревато гораздо более сильными и непредсказуемыми последствиями».
По материалам dw-world.de