Исследования Антарктики продвигаются вперед благодаря новому методу датирования льда с помощью криптона-81, который углубляет наше понимание того, как менялся палеоклимат на протяжении миллионов лет.
В уникальном сочетании квантовой физики и гляциологии профессора Чжэн-Тянь Лу и Вэй Цзян из Китайского университета науки и технологий (USTC) возглавили разработку нового метода всеоптического анализа следов атомов в ловушке. Работая в сотрудничестве с американскими гляциологами, они успешно протестировали этот инновационный подход на образцах древнего антарктического льда.
Толстые слои льда в Антарктиде и на Гренландском ледяном щите представляют собой ценную, но трудно интерпретируемую запись истории климата и эволюции ледяного щита, похожую на кольца деревьев, но простирающуюся гораздо глубже в прошлое Земли. В то время как кольца деревьев измеряют материал в метрах, образцы ледяного керна достигают глубины, измеряемой в километрах. Эти слои показывают значительные климатические сдвиги, однако точная датировка остается затруднительной из-за стратиграфических нарушений.
Потенциальным решением этой проблемы является редкий радиоактивный изотоп криптон-81. При эффективном использовании криптон-81 может упростить датировку образцов льда. Однако его редкость представляет собой серьезное препятствие: в одном килограмме льда содержится всего несколько сотен атомов этого изотопа, что создает для исследователей ситуацию «иголки в стоге сена».
Команда Лу и Цзяна из Научно-технического университета Китая (USTC) впервые разработала полностью оптический метод детектирования отдельных атомов в 2021 году. В течение последующих четырёх лет они усовершенствовали свою методику, превратив её в высокоточный процесс, способный точно датировать реальные образцы. Ключевым прорывом стало создание высокоинтенсивного источника вакуумного ультрафиолетового излучения с узкой полосой, который позволил проводить неразрушающие измерения.
Этот источник света позволил команде генерировать метастабильные атомы криптона, одновременно снизив перекрёстное загрязнение на два порядка величины. Они также повысили эффективность метода, уменьшив необходимый объём пробы криптона до всего 100 нанолитров (эквивалентно количеству, содержащемуся в 1 кг льда), и расширили диапазон датирования до 1,5 миллиона лет.
Разработав метод, Лу и Цзян инициировали международное сотрудничество для проверки своих результатов. Они объединились с гляциологами из Принстонского университета — профессором Майклом Бендером и доктором Сарой Шеклтон — для анализа образцов льда массой 1 кг, собранных с ледника Тейлора в Антарктиде. Этот ледник длиной 35 миль покоится на коренной породе, а не плавает на воде.
Команда подтвердила точность и надёжность нового метода, сравнив результат датирования по криптону-81 (примерно 130 000 лет) с точными возрастными оценками, полученными на основе стратиграфического анализа. Это достижение предоставляет учёным мощный новый инструмент для изучения небольших образцов ледяных кернов, чтобы раскрыть историю климата Земли.
Лу и Цзян не считают свою работу завершённой. Их команда в USTC сейчас сотрудничает с гляциологами как внутри Китая, так и за рубежом, чтобы применить эту методику к образцам придонного льда из Гренландии, Антарктиды и Тибетского нагорья. Их усилия направлены на улучшение понимания сроков существования тибетских ледников, оценку стабильности Гренландского ледяного щита и идентификацию древнего льда, датируемого переходным периодом среднего плейстоцена, что дает ценные сведения для палеоклиматологии и гляциологии.