Beryllium-10, en sjælden radioaktiv isotop produceret af kosmiske stråler i atmosfæren, giver værdifuld indsigt i jordens geologiske historie. Et forskerteam fra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), i samarbejde med Tud Dresden University of Technology og det australske National University (ANU), har opdaget en uventet ophobning af denne isotop i prøver taget fra Pacific Seabed.
En sådan afvigelse kan tilskrives forskydninger i havstrømme eller astrofysiske begivenheder, der fandt sted for ca. 10 millioner år siden. Resultaterne har potentialet til at fungere som en global tidsmarkør, der repræsenterer en lovende fremskridt i dateringen af geologiske arkiver, der spænder over millioner af år.
Holdet præsenterer sine resultater i tidsskriftet Naturkommunikation.
Radionuklider er typer af atomkerner (isotoper), der henfalder til andre elementer over tid. De bruges til at datere arkæologiske og geologiske prøver, hvor radiocarbon-datering er en af de mest kendte metoder. I princippet er radiocarbon-datering baseret på det faktum, at levende organismer kontinuerligt absorberer den radioaktive isotop carbon-14 (14C) i løbet af deres levetid.
Når en organisme dør, ophører absorptionen, og 14C Indhold begynder at falde gennem radioaktivt forfald med en halveringstid på cirka 5.700 år. Ved at sammenligne forholdet mellem ustabil 14C til stabil carbon-12 (12C), forskere kan bestemme datoen for organismenes død.
Arkæologiske fund, såsom knogler eller rester af træ, kan dateres ganske nøjagtigt på denne måde. “Radiocarbon -metoden er imidlertid begrænset til datingprøver, der ikke er mere end 50.000 år gammel,” forklarer HZDR -fysiker Dr. Dominik Koll.
“Til dato ældre prøver er vi nødt til at bruge andre isotoper, såsom kosmogen beryllium-10 (10Være). “Denne isotop oprettes, når kosmiske stråler interagerer med ilt og nitrogen i den øvre atmosfære. Den når jorden gennem nedbør og kan akkumuleres på havbunden. Med en halveringstid på 1,4 millioner år, 10Vær nedbryd til bor, der tillader geologisk datering, der kan strække sig tilbage over 10 millioner år.
Iøjnefaldende ophobning af beryllium
For nogen tid siden undersøgte Kolls forskningsgruppe unikke geologiske prøver hentet fra Stillehavet i en dybde på flere kilometer. Prøverne bestod af ferromanganesiske skorpe, primært sammensat af jern og mangan, som langsomt havde dannet sig, men støt over millioner af år.
Hidtil analyserede teamet 10Vær tilfreds med at bruge en meget følsom metode – Accelerator Mass Spectrometry (AMS) ved HZDR. I denne proces renses prøven kemisk, før den gennemgår analyse for sporingsisotoper. Individuelle atomer fra prøven accelereres af højspænding, afbøjes med magneter og er derefter registreret af specialiserede detektorer.
Denne metode muliggør den nøjagtige identifikation af 10Være, at skelne det fra andre berylliumisotoper såvel som molekyler og isotoper med den samme masse, såsom bor-10.
Da forskningsgruppen vurderede de indsamlede data, var de i en overraskelse. ”Cirka 10 millioner år fandt vi næsten dobbelt så meget 10Vær som vi havde forventet, “rapporterer Koll.
“Vi havde snublet over en tidligere uopdaget afvigelse.” For at eliminere enhver mulighed for forurening analyserede eksperterne yderligere prøver fra Stillehavet, som også udviste den samme afvigelse. Denne konsistens giver teamet mulighed for at konkludere, at det faktisk er et reelt fænomen.
Havstrømme, stellar eksplosion eller interstellær kollision?
Men hvordan kom en sådan slående stigning i koncentrationen for omkring 10 millioner år siden? Koll, der afsluttede sin doktorgrad i Tu Dresden og ANU, foreslår to mulige forklaringer. Den ene er relateret til havcirkulationen nær Antarktis, som menes at have ændret sig drastisk for 10 til 12 millioner år siden.
”Dette kunne have forårsaget 10Være at være ujævnt fordelt over jorden i en periode på grund af de ændrede havstrømme, “forklarer fysikeren.” Som et resultat, 10Være kunne have været særlig koncentreret i Stillehavet. “
Den anden hypotese er astrofysisk. Det antyder, at eftervirkningerne af en nær-jord-supernova kunne have fået kosmisk stråling til at blive midlertidigt mere intens for 10 millioner år siden.
Alternativt kan jorden have midlertidigt mistet sit beskyttende solskærm – heliosfæren – til en kollision med en tæt interstellær sky, hvilket gør den mere sårbar over for kosmisk stråling.
“Kun nye målinger kan indikere, om Beryllium -anomalien var forårsaget af ændringer i havstrømme eller har astrofysiske grunde,” siger Koll.
“Derfor planlægger vi at analysere flere prøver i fremtiden og håber, at andre forskningsgrupper vil gøre det samme.” Hvis afvigelsen blev fundet over hele kloden, ville astrofysikhypotesen blive understøttet. På den anden side, hvis det kun blev detekteret i specifikke regioner, ville forklaringen, der involverede ændrede havstrømme, blive betragtet som mere plausible.
Anomalien kan være yderst nyttig til geologisk beryllium -datering. Når man sammenligner forskellige arkiver til datering, opstår et grundlæggende problem. Almindelige tidsmarkører skal identificeres i alle datasæt, så de kan synkroniseres korrekt med hinanden.
Koll forklarer, “I perioder, der spænder over millioner af år, eksisterer sådanne kosmogene tidsmarkører endnu ikke. Denne beryllium -anomali har imidlertid potentialet til at tjene som en sådan markør.”