22. Земля — детектор излучения
ВОПРОС: Трудно представить, как сверхновая, расположенная за миллионы миль, может создать на Земле новые элементы, такие как радиоуглерод. Как это может произойти?
Даже хотя космические лучи от сверхновой крайне малы, они движутся столь быстро, что могут причинить существенный ущерб, когда попадают в другие атомы — такие, как атмосферный азот. Когда космические лучи врезаются в атомы атмосферных газов и Землю, то, помимо создания множества различных частиц, они производят и радиоактивные изотопы, некоторые из которых имеют время полураспада тысячи и даже миллионы лет. Самыми важными изотопами космического происхождения из тех, что создаются космическими лучами, являются углерод-14 (14С), бериллий-10 (10Ве), алюминий-26 (26Аl), хлор-36 (36Cl) и кальций-41 (41Са). Для нас 14С является самым важным, поскольку излучение сверхновой производит его мною. Как мы уже видели, имеет место внезапный, резкий подъем уровня радиоуглерода, относящийся примерно ко времени 41 тысячу лет назад.
ВОПРОС: Может, что-либо кроме сверхновой или столкновения вызвало увеличение количества 14С?
Давайте посмотрим, что происходит с 14С, который космические лучи создают в нашей атмосфере. 14С становится радиоактивным диоксидом углерода (14СО2), который вместе с СО2 земной атмосферы растворяется в почве и океане и поступает в растения. Перемещение 14СО2 становится частью более глобального круговорота углерода
Чтобы понять «Событие», которое включает в себя и значительное увеличение количества радиоуглерода, нам нужно понять, как уровни радиоуглерода могут возрастать или уменьшаться. Во-первых, нам нужно пересмотреть один ключевой момент: чтобы имело место большое возрастание, которое мы видим в записях уровня радиоуглерода, «что-то» должно добавить большое количество радиоуглерода в атмосферу. Ученые знают, что атмосфера содержит по большей части нерадиоактивный СО2 — радиоактивного 14СО2 содержится только 750 тонн (менее 2 процентов) из примерно 41 тысячи тонн всего количества СО, Количество 14С в атмосфере равно его количеству на Земле и в океане, и космические лучи в настоящее время производят около 5 тонн 14СО2 в год в атмосфере, что превышает количество, которое разрушается в воздухе, на земле и в море. 750 тонн 14СО2 представляют для нас особый интерес, поскольку что-то удвоило содержание |4С до примерно 82 000 тонн где-то 41 тысячу лег назад Содержание радиоуглерода в воздухе внезапно возросло более чем на 50 процентов, после чего радиоуглерод растворился в океане, но в атмосфере осталось еще 1500 тонн; позднее он разрушился.
Мог ли этот избыток радиоуглерода иметь земные причины? Большое количество обычного углерода (12С) есть в земле и содержится в угле, нефти и других источниках отложившегося в древности углерода, но они не содержат радиоуглерода Это означает, что, если вулканическое извержение или горение ископаемых освободит углерод из этих древних источников в атмосферу, доля радиоуглерода в общем объеме СО2 только уменьшится, а не увеличится, т. е. произойдет обратное тому, что было во время «События». Таким образом, вулканы и горение каменноугольных залежей не могут быть причиной возрастания количества радиоуглерода.
Большое количество радиоуглерода накопили океаны, так что давайте посмотрим, как они могут повлиять на положение вещей. Если бы океаны внезапно освободили тысячи тонн СО2 в атмосферу, к примеру, из-за внезапных изменений температуры воды или перемешивания донных пород то небольшие порции 14СО2, высвобожденные из океана, не изменили бы долю 14СО2, поскольку соотношение одинаково для океана и воздуха. С другой стороны, если бы общее содержание СО2 на Земле внезапно уменьшилось в объеме из-за изменений океанических течений, количество 14С в атмосфере не могло бы увеличиться сразу — чтобы это произошло, потребовалось бы 10 тысяч лет.
Так что еще может внезапно произвести еще 41 тысяч тонн радиоуглерода? Вспышка сверхновой приводит к излучению гамма-лучей, нейтронов и космических лучей — все они могут производить 14С в атмосфере. Подсчеты Томми Раушера и коллег показывают, что сверхновая типа II, которая в двадцать пять раз массивнее нашего Солнца, может привести к появлению 14С в количествах, в 10 миллионов раз больше его уровня на Земле. Таким образом, внезапный выброс радиации, космических лучей или продуктов взрыва, богатых радиоуглеродом, может резко удвоить количество 14СО2 в атмосфере. Этот сценарий — единственный, который хорошо соответствует всем фактам, известным нам в отношении значительного возрастания уровня радиоуглерода.
ВОПРОС: Есть ли научные доказательства того, что вспышка сверхновой привела, к возрастанию уровня радиоуглерода?
Да, есть научные доказательства возрастания уровня радиоуглерода благодаря вспышке сверхновой. После взрыва сверхновой SN1006 в 1006 году н. э., по прошествии 1000 лет, Пол Дэмон стал искать подобные следы в годовых кольцах деревьев, имеющих датировку. Он выбрал секвойи в роще Биг-Стамп в национальном паре Секвойя, поскольку эти деревья живут больше тысячи лет и могут иметь следы вспышки сверхновой Полученные Дэмоном результаты показаны на илл. 22.1.
Он обнаружил, что количество 14С возросло на величину, эквивалентную постоянному добавлению (250 тонн) 14С в окружающую среду. Как вы можете вспомнить из главы 21, все количество радиоуглерода в атмосфере составляет только примерно 250 тонн, так что «Событие» привело к увеличению количество радиоуглерода на одну треть всего за несколько секунд — при нормальном космическом излучении это возрастание могло произойти только за пятьдесят лет.
Мы можем убедиться, что исторически зафиксированная сверхновая оставила свой след в данных, полученных радиоуглеродным методом в относительно недавнее время. Илл. 22.2 показывает намного более древние данные, относящиеся ко времени до появления письменности. Эго данные, полученные радиоуглеродным методом, из морских осадков в Исландии. На этом графике используется термин
•
