Деревянная летопись радиоактивного углерода

Связь между событиями Мияке и солнечной активностью оказалась не столь очевидна.

Годовые кольца деревьев могут не только рассказать, сколько дереву лет, но и кое-что ещё более интересное. В 2012 году в Nature вышла статья группы японских учёных, изучавших содержание радиоактивного изотопа углерода-14 в годичных кольцах японского кедра и обнаруживших необычно высокую концентрацию углерода-14 в кольце, относящемся к 775 году нашей эры. Находка всколыхнуло научное сообщество. Учёные принялись исследовать годичные кольца тысячелетних деревьев по всему миру и находить подтверждение этому и другим подобным событиям на разных континентах – кстати, все они получили название событие Мияке, по фамилии Фусы Мияке, аспирантки Нагойского университета и одного из авторов той самой статьи. А астрофизики начали выдвигать гипотезы причин появления этого необычного события. Почему вдруг именно астрофизики заинтересовались деревьями?

Дело в том, что атомы углерода-14 постоянно образуется в атмосфере Земли из атомов «обычного» азота, когда в них прилетают нейтроны. Нейтрон выбивает из ядра атома азота протон, и стабильный азот превращается в не очень стабильный углерод-14 с периодом полураспада чуть больше чем пять с половиной тысяч лет. Образовавшийся в атмосфере углерод-14 затем отправляется в «мировое турне», вступая во всевозможные химические реакции, в том числе накапливаясь в тканях растений и животных. На определении концентрации углерода-14 как раз основан метод радиоуглеродного датирования биологических объектов. Соответственно, если в атмосфере вдруг образовалось аномально много углерода-14, значит там откуда-то должно появиться аномально много нейтронов.

Но у нейтронов есть одна особенность – они не могут долго находиться вне атомного ядра. Если нейтроны оставить наедине с собой, то они не выдержат одиночества, и половина из них распадётся уже примерно через 15 минут. Это значит, что откуда-то из недр космоса нейтроны прилететь не могут – они просто превратились бы по пути в другие частицы. Единственный «наш» источник космических нейтронов – это Солнце. Наша звезда время от времени может выпускать наружу нейтроны, часть из которых при благоприятных (для нейтронов) условиях долетает до Земли. Однако и дальний космос тоже может добавить радиоактивного углерода-14 земной атмосфере – «посветив» на неё галактическими космическими лучами или гамма-всплесками. Высокоэнергетические частицы или излучение, попав в атмосферу, порождают потоки других частиц, среди которых есть и нейтронов.

Так или иначе, но деревья, росшие задолго до того, как люди узнали о существовании нейтронов, галактических лучей и всего остального, «записали» в своих годичных кольцах свидетельства мощных космических процессов. Вопрос только – каких? Либо это следствие вспышек на Солнце и как-то связано с солнечной активностью, либо это свидетельство прорыва к Земле большого количества космических лучей несолнечного происхождения, либо это близкие вспышки сверхновых или последствия других катастрофических событий в нашей Галактике. Теорий много, хотя большинство учёных склонялось всё-таки к «солнечной» природе событий Мияке – аномально мощных вспышках.

Однако как пишут в Proceedings of the Royal Society A исследователи из Квинслендского университета, если и есть вина Солнца в скачках концентрации древесного углерода-14, то точно не во всех. Учёные проанализировали данные обо всех известных на сегодня событиях Мияке, случившихся в 7176, 5410, 5259 и 663 годах до н.э. и 775 и 993 годах нашей эры, а также построили модель глобального цикла углерода, чтобы максимально корректно интерпретировать «деревянную» изотопную летопись.

В итоге получилось так, что события Мияки происходили, что называется, без оглядки на солнечную активность. Поскольку у Солнца есть свои циклы, например, короткий 11-летний цикл, то если бы Солнце «запускало» события Мияки, то, скорее всего, они были бы связаны с определённым фазами солнечного цикла. Либо с максимумом, когда наибольшая вероятность образования вспышек, либо тогда, когда магнитное поле Солнца хуже всего защищает Землю от проникновения галактических лучей. Но, как выяснилось, за последние 10 000 лет скачки углерода-14 были на разных фазах солнечного цикла. Кроме того скорость накопления радиоактивного углерода в годичных кольцах отличалась для разных событий: у одних это был резкий всплеск, укладывавшийся в один год, а у других – размазанный на несколько лет процесс. Так что какого-то определённого вывода, что является причиной событий Мияки и почему они отличаются, исследователи пока не делают.

Интерес к событиям Мияки у учёных отнюдь не только теоретический. Считается, что если подобное событие произойдёт в наше время, оно может вывести из строя не только космические спутники, но и электронику, и телекоммуникационное оборудование на всей планете. Поэтому хорошо бы понимать, что в космосе может произойти, и когда это может произойти. Чтобы хотя бы попытаться к этому подготовиться.