15/02/2016 ИЯФ СО РАН
Сибирские ученые исследовали цикличность климата с помощью синхротронного излучения
637 СО РАН ИЯФ СО РАН ИГМ СО РАН Инновации Науки о Земле Новосибирск Специалисты Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН с помощью синхротронного излучения (СИ) проанализировали донные отложения хакасских озер Шира и Беле. Проведенные эксперименты позволили создать уникальную реконструкцию климата в регионе Южной Сибири за последние 15 веков.
Элементный состав донных осадков трансформируется в зависимости от климатических условий, поэтому, определив его, можно узнать некоторые характеристики окружающей среды в прошлом. Реконструкция климата последних тысячелетий с высоким временным разрешением (порядка одного года) дает возможность поиска природной цикличности с периодами от нескольких лет до столетий, что позволяет лучше понять механизмы и подготовить обоснованный прогноз трансформации окружающей среды на ближайшие годы и десятилетия.
Скорость накопления отложений невелика. Например, в Шира и Беле она составляет около 1 мм в год, и для того, чтобы проследить динамику изменений с большой точностью (вплоть до сезона), нужно разделить взятый со дна керн на части размером меньше миллиметра, что практически невозможно. Поэтому для исследования проб ученые ИГМ СО РАН и ИЯФ СО РАН использовали метод сканирующего микроанализа на экспериментальной станции "Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ" на ускорителе ВЭПП-3 Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения Института ядерной физики. Во время эксперимента образцы перемещаются поперек пучка СИ — его размер может изменяться от 10 микрон до 2 миллиметров.
"Элементный анализ основан на том, что при возбуждении атомов вещества синхротронным излучением возникает другое излучение — характеристическое (флуоресцентное), рентгеновское, — объясняет кандидат физико-математических наук, ученый секретарь ИЯФ СО РАН Яков Валерьевич Ракшун. — Каждому "участнику" таблицы Менделеева соответствует свой набор линий, поэтому по спектру флуоресценции можно установить состав вещества". Если говорить о керне, то этот способ и позволяет узнать основные погодно-климатические условия (температуру и количество атмосферных осадков) в момент его образования.
Для проведения количественной реконструкции палеоклимата также необходимо установить связь между элементным составом и метеорологическими данными. "Для этого берется верхний участок керна, который соответствует последним 150 годам, — рассказывает старший научный сотрудник ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Андрей Викторович Дарьин. — Мы сравниваем метеорологическую информацию с геохимической, видим, что есть корреляция, и можно построить, например, функцию температуры воздуха в зависимости от содержания брома, или ряда других микроэлементов. После этого мы проводим дальнейшие вычисления, уходя в прошлое на всю глубину опробования керна, и получаем реконструкцию данных, позволяющую судить о климате в этом регионе".
С помощью методики, разработанной в Сибирском центре синхротронного излучения ИЯФ СО РАН, ученые Института геологии и минералогии проводят и другие исследования, например, анализ донных отложений озер, расположенных в районе падения Тунгусского метеорита. В осадках этих водоемов обнаружен характерный белый прослой, который сильно выделяется на фоне остальной толщи. Ученые связывают это с усиленным сбросом вещества с берегов из-за мощного внешнего воздействия, но в этом промежутке может находиться также и субстанция метеорита. Сейчас идет изучение элементного состава вкраплений. "Конечно, было бы интересно, если бы в прослое нашлось вещество внеземного происхождения", — говорит А. Дарьин.
Надо отметить, метод сканирующего микроанализа позволяет работать не только с донными отложениями, но и с другими геологическими и природными объектами. Его плюс в том, что он не разрушает объект исследования, а значит, с его помощью можно изучать хрупкие или ветхие предметы — древний текстиль, фрагменты останков животных или людей, живших тысячелетия назад. В настоящий момент в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения ИЯФ СО РАН проводится несколько подобных экспериментов, и их результаты будут представлять интерес для ученых разных областей — геологов, археологов, химиков, материаловедов, медиков.