Катастрофа, уничтожившая Помпеи почти 2000 лет назад, дала геологам необычно точную контрольную дату для измерения событий далёкого прошлого. Учёные проверили аргон-аргоновый метод на породах Везувия и получили возраст, отличающийся от исторической даты всего на восемь лет. Результат позволил точнее определить один из параметров радиоактивного распада, от которого зависит датировка пород возрастом вплоть до миллиардов лет.
Авторы нового исследования изучили восемь образцов санидина, богатого калием минерала из пемзы Везувия. Минералы анализировали в 2025 году. Аргон-аргоновый метод показал возраст 1938 ± 13 лет, тогда как историческая дата извержения соответствует возрасту 1946 лет. Исследователи оценили точность результата примерно в 0,4%, а воспроизводимость измерений в 0,7%.
Настолько близкий результат особенно важен из-за молодого возраста образцов. Геологи часто применяют аргон-аргоновую датировку к породам возрастом в миллионы и миллиарды лет, где накопилось достаточно продуктов радиоактивного распада. В породе возрастом около 2000 лет радиогенного аргона крайне мало, поэтому измерения намного сильнее зависят от чувствительности приборов и правильного учёта фоновых изотопов.
Метод использует естественный распад радиоактивного калия-40. Часть атомов калия-40 со временем превращается в аргон-40, который накапливается внутри минерала после охлаждения породы. Перед измерением образец облучают нейтронами, превращая калий-39 в аргон-39, а затем масс-спектрометр определяет соотношение изотопов аргона. По полученному соотношению можно вычислить, сколько времени прошло с момента, когда минерал начал удерживать аргон.
Провести настолько точное измерение помогли сразу несколько улучшений. За последние десятилетия масс-спектрометры стали чувствительнее, исследователи усовершенствовали нейтронное облучение образцов и научились лучше учитывать посторонние изотопы, возникающие во время обработки. Более подходящим оказался и сам материал Везувия.
Пемзу получили в Оплонтисе, древнеримском городе неподалёку от Помпей, также погребённом во время извержения 79 года. Образцы собрали ещё в 1998 году из отложений ранней стадии извержения, где находился особенно богатый калием материал. Почти три десятилетия пемза оставалась без нового анализа, пока исследователи не решили повторить эксперимент на современном оборудовании.
Первая подобная проверка прошла ещё в 1997 году. Аргон-аргоновая датировка тогда определила возраст извержения с отклонением всего в несколько лет от исторической даты, но статистическая погрешность составляла около 94 лет. Авторы предположили, что развитие техники позволит сократить погрешность до уровня менее 1%. Новая работа достигла такого результата.
Учёным пришлось разобраться и с датой самой катастрофы. Традиционно извержение связывают с 24 августа 79 года на основании писем Плиния Младшего, однако часть историков предлагала более позднюю, осеннюю дату. Одним из аргументов служила монета, найденная в Помпеях и первоначально отнесённая к более позднему выпуску. Авторы новой работы сравнили находку с другими римскими монетами и пришли к выводу, что спорный экземпляр, вероятнее всего, изготовили до сентября. В расчётах исследователи всё равно оставили запас неопределённости в два месяца.
Главный результат касается не только Везувия. Историческая дата позволила уточнить скорость превращения калия-40 в аргон-40. Для данного канала распада получен период полураспада 12,044 ± 0,088 млрд лет. Речь не идёт о полном периоде полураспада калия-40, поскольку радиоактивный изотоп распадается несколькими путями. Новая оценка именно аргонового канала примерно вдвое точнее значения, полученного ранее методами ядерной физики.
Уточнение влияет на аргон-аргоновые даты по всей геологической шкале. Даже небольшая поправка в скорости распада способна сдвинуть рассчитанный возраст очень древних образцов. Команда уже использовала калибровку калия-40 для согласования аргон-аргоновых и уран-свинцовых измерений, а также дат, полученных по астрономическим циклам.
Более точная шкала времени особенно нужна при поиске причин крупных событий прошлого. Падение астероида, мощные извержения и массовое вымирание могут происходить почти одновременно по меркам десятков миллионов лет, но разница в несколько десятков тысяч лет меняет предполагаемую последовательность событий. Чем меньше погрешность датировки, тем точнее геологи могут определить, что произошло раньше и насколько близко события располагались друг к другу.
Аргон-аргоновый метод также помогает проверять другие способы определения возраста. Радиоуглеродная датировка подходит главным образом для сравнительно молодых органических материалов, а уран-свинцовый метод позволяет исследовать древнейшие минералы возрастом в миллиарды лет. Точно датированное извержение Везувия теперь служит одной из контрольных точек, связывающих историческую хронологию с геологической шкалой времени.
