Sondaj çekirdekleri: Pasifik Okyanusu'ndaki berilyum anomalisinin nedeninin araştırılması

Pasifik Okyanusu'ndaki berilyum anomalisinin nedeni araştırılıyor

Karbon veya berilyum izotopları, arkeolojik veya jeolojik örneklerin tarihlendirilmesinde sıklıkla kullanılır. Bir araştırma ekibi, Pasifik Okyanusu tabanından alınan bir örnekte şaşırtıcı derecede yüksek bir berilyum konsantrasyonu tespit etti. Bu zenginleşmenin on milyon yıl önce nasıl meydana geldiği henüz bilinmiyor; astrofizik olaylar da bundan sorumlu olabilir.

Ferromanganez kabuklarında kozmojenik 10Be'nin üretimi ve birikiminin şematik gösterimi. [ Daha büyük resmi görüntüle ]

Kozmik radyasyonun atmosferde oluşturduğu nadir bir radyoaktif izotop olan Berilyum-10, Dünya'nın jeolojik geçmişine dair değerli bilgiler sağlar. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf'tan (HZDR) bir araştırma ekibi, TU Dresden ve Avustralya Ulusal Üniversitesi iş birliğiyle, Pasifik deniz tabanından alınan örneklerde bu izotopun beklenmedik bir yoğunluğunu keşfetti. Bu anomali, değişen okyanus akıntıları veya astrofiziksel olaylar nedeniyle on milyon yıl önce oluşmuş olabilir. Milyonlarca yıllık jeolojik arşivlerin tarihlendirilmesi için umut verici bir adım olan küresel bir zaman belirteci olarak hizmet etme potansiyeline sahiptir.

Radyoaktif atom çekirdekleri (izotoplar), belirli bir süre sonra başka elementlere bozunan atom çekirdeği türleridir. Arkeolojik veya jeolojik örneklerin tarihlendirilmesinde kullanılabilirler. En bilinen yöntem radyokarbon tarihlemesidir. Prensip: Canlı organizmalar sürekli olarak radyoaktif izotop karbon-14'ü ( ^¹⁴C ) emer. Ölümlerinden sonra bu emilim durur ve ^¹⁴C içeriği yaklaşık 5.700 yıllık bir yarı ömürle bozunma yoluyla azalır. ^¹⁴C'nin kararlı karbona ( ^¹²C ) oranı, ölüm tarihinin belirlenmesini sağlar. Bu, kemik veya odun parçaları gibi arkeolojik buluntuların yaşını çok hassas bir şekilde belirlemeyi mümkün kılar.

"Ancak bu yöntem yalnızca yaklaşık 50.000 yıl öncesine dayanıyor," diye açıklıyor HZDR fizikçisi Dr. Dominik Koll. "Daha eski örnekleri tarihlendirmek için, kozmojenik berilyum-10 ( ^¹⁰Be ) gibi başka izotoplara ihtiyaç var." Kozmik radyasyonun üst atmosferde oksijen ve azotla çarpışması sonucu oluşur. Yağış yoluyla Dünya'ya ulaşır ve okyanus tabanında birikebilir. 1,4 milyon yıllık yarı ömrüyle bora dönüşerek on milyon yıldan daha eskiye uzanan jeolojik tarihlemeyi mümkün kılar.

Bir süre önce, Koll'un araştırma grubu özel bir numuneyi inceledi: Pasifik Okyanusu'ndaki bir araştırma gemisi, birkaç kilometre derinlikten jeolojik numuneler topladı. Bunlar, çoğunlukla demir ve manganezden oluşan ve milyonlarca yıl boyunca yavaş ama istikrarlı bir şekilde oluşmuş ferromanganez kabuklarıydı. Numuneleri tarihlendirmek için ekip, ^10Be içeriğini HZDR'de oldukça hassas bir yöntem olan hızlandırıcı kütle spektrometrisi kullanarak analiz etti. Bu işlemde, numune kimyasal olarak saflaştırılır ve ardından eser izotoplar açısından analiz edilir. Numunedeki tek tek atomlar yüksek voltajla hızlandırılır, mıknatıslarla saptırılır ve özel dedektörler tarafından kaydedilir. Bu, atom numarasının ve konsantrasyonunun belirlenmesini sağlar. ^10Be , hem diğer berilyum izotoplarından hem de bor-10 gibi aynı kütleye sahip moleküllerden ve izotoplardan ayrılır.

Araştırma grubu ölçüm verilerini analiz ettiğinde bir sürprizle karşılaştı: "Yaklaşık on milyon yıl önce, neredeyse iki kat daha fazla "Beklendiği gibi ¹⁰ Be," diye bildiriyor Koll. "Yani daha önce keşfedilmemiş bir anomaliyle karşılaşmıştık." Kontaminasyon olasılığını elemek için uzmanlar Pasifik Okyanusu'ndan daha fazla numune analiz etti. Anomali burada da bulundu; bu nedenle ekip bunun gerçek bir fenomen olduğunu varsayabilir.

Peki bu çarpıcı konsantrasyon artışı on milyon yıl önce nasıl meydana geldi? TU Dresden ve Avustralya Ulusal Üniversitesi'nde doktora yapan Koll, iki farklı olası açıklama görüyor. Bunlardan biri, muhtemelen on ila on iki milyon yıl önce büyük ölçüde değişen Antarktika yakınlarındaki okyanus sirkülasyonuyla ilgili. Fizikçi, "Bu durum, değişen okyanus akıntıları nedeniyle ^10Be'nin bir süre Dünya'ya eşit olmayan bir şekilde dağılmasına neden olmuş olabilir," diyor. "Sonuç olarak, ^10Be özellikle Pasifik Okyanusu'nda yoğunlaşmış olabilir."

İkinci hipotez astrofiziksel niteliktedir. Bu hipoteze göre, ya Dünya'ya yakın bir yıldız patlamasının etkileri on milyon yıl önce kozmik radyasyonda geçici bir artışa neden olmuş olabilir ya da Dünya, yoğun bir yıldızlararası bulutla çarpışması sonucu Güneş'in koruyucu kalkanı olan heliosferi geçici olarak kaybetmiş ve böylece kozmik radyasyona daha fazla maruz kalmış olabilir. Koll, "Berilyum anomalisinin değişen okyanus akıntılarından mı yoksa astrofiziksel nedenlerden mi kaynaklandığı ancak yeni ölçümlerle belirlenebilir," diyor. "Bu nedenle, gelecekte daha fazla örnek analiz etmeyi planlıyoruz ve diğer araştırma gruplarının da aynı şeyi yapacağını umuyoruz."

Anomalinin dünyanın her yerinde bulunması, astrofizik hipotezini destekler. Öte yandan, yalnızca belirli bölgelerde ortaya çıkması durumunda, değişen okyanus akıntılarını içeren açıklama daha makul olacaktır. Her halükarda, bu anomali jeolojik berilyum tarihlemesi için önemli bir fayda sağlayabilir. Tarihlemeyle ilgili temel bir sorun, farklı arşivleri karşılaştırmaktır. Bu, tüm veri kümelerinde bulunan ve arşivlerin senkronize olmasını sağlayan zaman belirteçleri gerektirir. Dominik Koll, "Bu tür kozmojenik zaman belirteçleri henüz milyonlarca yıllık dönemler için mevcut değil," diye açıklıyor. "Ancak bu berilyum anomalisi, böyle bir belirteç görevi görme potansiyeline sahip."

Sonuçlar yakın zamanda Nature Communications'da yayımlandı.

İklim: Güneş sistemi Dünya'nın iklimini nasıl etkiliyor ? - 9 Kasım 2022