Метод криптона-81 позволяет датировать образцы антарктического льда массой 1 кг возрастом до миллиона лет
Группа под руководством профессоров Чжэн Тяньлу и Вэй Цзяна из Научно-технического университета Китая (USTC) разработала инновационную технологию под названием All-Optical Atom Trap Trace Analysis («всеоптический анализ атомов в ловушке»).
В сотрудничестве с американскими гляциологами они успешно применили этот метод для датирования килограммовых образцов древнего антарктического льда по изотопу криптона-81 (⁸¹Kr).
Это достижение открывает новые возможности для изучения палеоклиматических изменений в масштабах миллионов лет. Результаты исследования в журнале Nature Communications.
Глубокие ледяные керны, извлеченные из толщи Антарктического континента и Гренландского ледяного щита (нередко достигающие глубины нескольких километров), служат бесценными архивами данных о прошлом климате Земли и эволюции ледников. Лед у основания этих кернов может содержать свидетельства ключевых климатических переходов, но точное датирование такого льда долгое время оставалось сложной задачей из-за нарушенной стратиграфии.
Криптон-81 — редкий радиоактивный изотоп — является идеальным индикатором для датирования льда. Однако в каждом килограмме древнего льда содержится всего несколько сотен атомов ⁸¹Kr, что делает их обнаружение чрезвычайно сложной технической задачей.
Чтобы решить эту проблему, команда USTC еще в 2021 году разработала всеоптическую методику детектирования единичных атомов. За последние четыре года ученые усовершенствовали метод, адаптировав его для работы с реальными образцами ледяных кернов.
Создав высокоинтенсивный вакуумно-ультрафиолетовый источник света с узкой полосой излучения, они смогли эффективно генерировать метастабильные атомы криптона и снизить перекрестное загрязнение образцов на два порядка величины — все это при сохранении возможности неразрушающего измерения.
Этот прорыв позволил сократить необходимый объем пробы до 100 нанолитров криптона (эквивалентно ~1 кг льда) и расширить верхний предел датирования до 1,5 миллиона лет.
С помощью новой технологии команда USTC совместно с гляциологами, включая профессора Майкла Бендера (Princeton University) и доктора Сару Шеклтон, провела датировку двух килограммовых образцов льда с ледника Тейлора в Антарктиде. Полученные результаты (~130 тыс. лет) хорошо согласуются с независимыми стратиграфическими данными, подтверждая точность и надежность метода.
Теперь датирование по ⁸¹Kr стало применимо даже для небольших образцов ледяных кернов. Команда USTC уже сотрудничает с гляциологами из Китая и других стран, чтобы систематически применять этот метод для исследования придонного льда в Гренландии, Антарктиде и на Тибетском нагорье.
Новый подход открывает перспективы для изучения устойчивости Гренландского ледяного щита, истории формирования тибетских ледников и поиска льда, сохранившегося со времен среднеплейстоценового климатического перехода (1,2–0,7 млн лет назад), что способствует развитию гляциологии и палеоклиматологии.