铍-10是一种由宇宙射线在大气中产生的稀有放射性同位素，为地球的地质历史提供了宝贵的见解。来自德累斯顿-罗斯托夫赫尔默尔茨中心（HZDR）的研究团队，与德累斯顿工业大学（TUD）和澳大利亚国立大学（ANU）合作，发现了从太平洋海床采集的样本中意外累积的这种同位素。这种异常现象可能归因于大约1000万年前发生的海洋洋流变化或天体物理事件。这些发现有可能作为全球时间标记，代表地质档案的日期，其跨度达数百万年，显示出有前景的进展。该团队在科学期刊《自然通讯》中发布了他们的结果。
放射性核素是一种原子核（同位素），随着时间的推移衰变为其他元素。它们被用来为考古和地质样本定年，其中放射性碳定年是最著名的方法之一。从原则上讲，放射性碳定年是基于活的生物在其生命周期内持续吸收放射性同位素碳-14（^14C）的事实。一旦生物死亡，吸收便停止，^14C含量开始通过放射性衰变降低，半衰期约为5700年。通过比较不稳定的^14C与稳定的碳-12（^12C）的比率，研究人员可以确定生物死亡的日期。
考古发现，如骨头或木材遗骸，可以相当准确地用这种方法进行定年。“然而，放射性碳方法的限制是只能对不超过5万年的样本进行定年，” HZDR物理学家多米尼克·科尔博士解释。“要为更古老的样本定年，我们需要使用其他同位素，如成因铍-10（^10Be）。”这种同位素是在宇宙射线与上层大气中的氧和氮相互作用时产生的。它通过降水到达地球，并可以在海床上累积。^10Be的半衰期为140万年，衰变为硼，使得地质定年能够追溯超过1000万年。
显著的铍累积
不久前，科尔的研究小组检查了从太平洋深处几千米处提取的独特地质样本。这些样本由富锰矿壳组成，主要由铁和锰组成，经过数百万年的缓慢而稳定的形成。为了对样本进行定年，团队使用一种高度灵敏的方法分析了^10Be含量——HZDR的加速器质谱法（AMS）。在这个过程中，样本在分析微量同位素之前进行了化学纯化。样本中的单个原子通过高电压加速，经过磁铁偏转，然后由专业探测器注册。这种方法允许精确识别^10Be，将其与其他铍同位素以及相同质量的分子和同位素（如硼-10）区分开来。
当研究小组评估收集的数据时，他们感到惊讶。“在大约1000万年前，我们发现的^10Be几乎是我们预期的两倍，”科尔报告说。“我们偶然发现了一个之前未被发现的异常现象。”为了排除任何污染的可能性，专家分析了来自太平洋的其他样本，这些样本也表现出相同的异常。这种一致性使团队得出结论，确实是一个真实现象。
海洋洋流、恒星爆炸还是星际碰撞？
但是，为什么在约1000万年前会出现如此显著的浓度增加？科尔，在德累斯顿工业大学和澳大利亚国立大学完成博士学位，提出了两个可能的解释。一个与南极附近的海洋循环有关，据信在1000万到1200万年前发生了剧烈变化。“这可能导致^10Be在地球上不均匀分布一段时间，因为海洋洋流的变化，”物理学家解释说。“因此，^10Be可能在太平洋中尤为集中。”
第二个假设是天体物理性质的。它暗示近地超新星的后效应可能在1000万年前使宇宙辐射暂时更强。或者，地球可能由于与一个密集的星际云碰撞而暂时失去了它的保护太阳保护层——日球，变得更易受到宇宙辐射的影响。“只有新的测量才能指示铍异常是否由海洋洋流变化引起，还是有天体物理原因，”科尔说。“这就是我们计划未来分析更多样本的原因，并希望其他研究小组能做到这一点。”如果在全球范围内发现了这种异常，天体物理假设将得到支持。另一方面，如果仅在特定区域检测到这种异常，那么涉及变化的海洋洋流的解释将被认为更可信。
这一异常可能对地质铍定年非常有用。在比较不同档案进行定年时，出现一个基本问题。必须在所有数据集内识别共同的时间标记，以便能够正确同步它们。多米尼克·科尔解释说，“在跨越数百万年的时期内，这类成因时间标记尚不存在。然而，这一铍异常有潜力作为这样的标记。”
