Что космические лучи говорят нам об изменении поверхности и климата Земли
Как часто рушатся горы, извергаются вулканы или тают ледяные щиты?
Для ученых, изучающих Землю, это важные вопросы, поскольку мы пытаемся улучшить прогнозы, чтобы подготовить сообщества к опасным событиям в будущем, сообщает «phys.org».
Мы полагаемся на инструментальные измерения, но такие записи часто бывают короткими. Для их расширения мы используем геологические архивы. И в основе этого исследования лежит геохронология — набор методов геологического датирования, которые позволяют определить абсолютный возраст горных пород.
В последние годы мы используем современную технику, известную как космогенное датирование поверхности, которая позволяет нам количественно оценить время, проведенное горной породой на поверхности, подвергаясь воздействию сигналов из космоса.
Земля постоянно бомбардируется высокоэнергетическими заряженными частицами, известными как космические лучи, исходящими из глубин нашей галактики. Большинство из них перехватываются магнитным полем и атмосферой Земли. Но некоторые из них достаточно энергичны, чтобы достичь поверхности Земли.
При столкновении они расщепляют атомы обычных элементов земной коры, таких как кремний и кислород, чтобы создать новые редкие элементы, известные как космогенные нуклиды.
Наличие космогенных нуклидов в горных породах и отложениях на поверхности Земли является четким индикатором атмосферного воздействия. Их обилие говорит нам о том, как долго скала была обнажена.
Космические лучи были впервые обнаружены в начале 1900-х годов, но прошло почти столетие, прежде чем стали доступны достаточно чувствительные ускорители частиц, чтобы точно подсчитать небольшое количество редких атомов, образующихся при столкновении с Землей.
В настоящее время датирование космогенного воздействия на поверхность представляет собой основной метод количественной оценки темпов и дат некоторых процессов на поверхности Земли.
На юго-востоке Фьордленда оползень Грин-Лейк является одним из крупнейших оползней на Земле. Его большие размеры особенно необычны, учитывая относительно небольшой рост гор, из которых он пришел.
Предыдущие исследования показали, что оползень был вызван отступлением большого ледника, который ранее поддерживал склон горы.
Учитывая продолжающееся сегодня отступление ледников, мы попытались проверить эту гипотезу, собрав валуны на поверхности оползня Грин-Лейк. Эти породы ранее были защищены от космических лучей в горных недрах, прежде чем были обнажены оползнем.
Наши измерения показали, что возраст экспозиции составляет около 15 500 лет, что на 3000-4000 лет позже окончания последнего ледникового периода в Южных Альпах. Из этого результата мы делаем вывод, что таяние ледников вряд ли было основной причиной этого впечатляющего обвала горы. Вместо этого наши результаты указывают на чрезвычайно сильное землетрясение как на более вероятный триггер.
Эффузивные (производящие лаву) вулканические извержения образовали большой конус горы Руапеху, самой высокой горы на Северном острове.
Несмотря на некоторые взрывные эпизоды в 20-м веке, нет никаких наблюдений за извержениями, производящими потоки лавы. Будущие эффузивные явления могут коренным образом изменить форму вулканического конуса, что может иметь последствия для местной инфраструктуры.
Но как часто случаются такие извержения?
мы проверили, может ли космогенное датирование помочь нам определить интервалы повторения извержений лавы на горе Руапеху за последние 20 000 лет.
Ученые обнаружили, что гора извергает лаву в виде скоплений изверженной активности, которые могут длиться тысячелетиями. Космогенные данные также позволили более точно определить даты недавних доисторических извержений, по сравнению с теми, которые были получены другими распространенными методами вулканического датирования, такими как палеомагнитные и радиометрические методы.
До космогенных нуклидных измерений ледниковые геологи, пытавшиеся определить возраст отложений, полагались на случайные находки ископаемого растительного материала для радиоуглеродного датирования. В альпийских и полярных регионах, где находится большинство ледников, такое вещество редко доступно.
Космогенные нуклиды решают эту проблему, так как ледники добывают породы из своего основания и переносят их на поверхность, где они покоятся на склонах холмов и морен и начинают накапливать свой космический сигнал.
Ученые применили этот метод для реконструкции недавней эволюции ледника Бэрда — крупного выходного отверстия Восточно-Антарктического ледяного щита.
Ледниковые булыжники, перенесенные из внутренних районов Антарктиды и отложенные на склонах холмов по обе стороны от текущего ледника, следят, насколько высоким был ледник в прошлом.
Наше исследование показывает, что ледник истончился по крайней мере на 200 метров около 7000 лет назад во время интервала относительной глобальной стабильности климата. Эти результаты предоставляют редкую трехмерную информацию, которая может быть использована для оценки компьютерных моделей, используемых для моделирования прошлых, настоящих и будущих изменений ледяного щита.
Повышение уровня моря является одной из самых больших проблем, стоящих перед цивилизацией в этом столетии. Однако неопределенная реакция ледяных щитов на изменение климата в настоящее время препятствует прогнозированию.
Специалисты по космогенным нуклидам в настоящее время амбициозно пытаются извлечь образцы горных пород из-под чувствительных участков существующих ледяных щитов. Проверка их на наличие космических сигналов даст важную информацию о потенциале будущего таяния ледяных щитов.