Майже 2000 років тому Пліній Молодший записав те, що він бачив під час виверження Везувію, яке поховало Помпеї та вбило його дядька Плінія Старшого. Його розповідь не просто зберегла історію однієї з найвідоміших вулканічних катастроф в історії. Він також записав достатньо інформації про те, коли відбулося виверження, щоб дати сучасним вченим надзвичайно точну історичну точку відліку для тестування методів датування вулкана.

Дослідники з Центру геохронології Берклі, Каліфорнійського університету в Берклі та Падуанського університету в Італії зараз науковий прогрес Цей історичний контрольний показник допоміг значно підвищити точність аргон-аргонового датування. Пристосування методу до передбачуваної дати виверження 24 серпня 79 року нашої ери посилює цей метод, один із найпоширеніших інструментів для визначення віку гірських порід і вулканічних явищ.

Цей прогрес може допомогти геологам, палеонтологам і археологам призначити більш надійні дати минулим подіям Землі. Це включає виверження вулканів, які продовжують становити загрозу для густонаселених районів навколо Мехіко, Неаполя та індонезійської Джок’якарти. Покращене калібрування також може допомогти дослідникам підтвердити інші методи датування, такі як датування органічного матеріалу за допомогою вуглецю-14 і датування уран-свинцю гірських порід, які утворилися на початку історії Землі, мільярди років тому.

Годинник для більш точного розуміння історії вулканів

«Якщо ми хочемо зібрати воєдино історію відносно недавніх вивержень вулканів, точність і точність дуже важливі», — сказав керівник дослідження Пол Ренн. Він є постійним професором наук про Землю та планети в Берклі та директором незалежного Центру геохронології Берклі. «Це дослідження показує, що можна досягти такої дуже корисної точності та точності в історичній сфері».

Точність описує, наскільки близько вимірювання до правильного значення, а точність відображає, наскільки послідовно можна відтворити це вимірювання. Щоб перевірити відкалібрований метод, дослідники випробували вісім зразків санідину, калієвмісного вулканічного мінералу з Везувію.

Аргон-аргонові вимірювання показали, що виверження відбулося за 1938 ±13 років до аналізу мінералів у 2025 році. Згідно з історичними даними, збереженими в працях Плінія Молодшого, мінералу насправді було 1946 років. Це відповідає 0,7% точності та 0,4% точності.

«Це дозволяє нам точніше зробити висновок про причинно-наслідкові зв’язки між подіями в геологічному літописі, такими як структури зіткнення метеоритів і масові вимирання», — сказав Ренн.

Приблизно десять років тому Ренн використовував аргоно-аргонове датування, щоб встановити точні дати падіння метеорита, потужного виверження вулкана в Індії та вимирання динозаврів. Усі три події відбулися приблизно 66 мільйонів років тому, в межах лише десятків тисяч років. Ці вимірювання підтверджують ідею про те, що зіткнення з астероїдом посилило вулканічну активність, викликавши один-два удари, які сприяли вимиранню всіх нептахових динозаврів.

Фініка Плінія допомагає покращити радіоактивні годинники

Аспірантка Керолайн Хасслер також заглибилася в історичні записи про виверження Везувію. Її робота дозволила дослідницькій групі протягом двох місяців підтвердити дату 24 серпня, яку приписують Плінію Молодшому.

Це історичне обмеження допомогло дослідникам покращити вимірювання періоду напіврозпаду калію-40 до аргону-40, процесу, що лежить в основі аргон-аргонового датування. Виправлений період напіврозпаду становить 12,044 мільярда років, а похибка становить 0,088 мільярда років, що робить його вдвічі точнішим за попереднє значення, отримане з ядерної фізики.

Пемза Oplontis забезпечує кращий зразок

Ренн та його колеги вже провели аргоно-аргонове датування за допомогою санідину з пемзи, утвореної під час виверження в 79 році нашої ери. Після свого аналізу 1997 року вони передбачили, що майбутні дослідження можуть зменшити невизначеність до менше 1%.

Тепер вони досягли цієї мети за допомогою вдосконалених зразків пемзи, більш досконалих мас-спектрометрів і сучасних методів нейтронного опромінення.

Аргон-аргонове датування засноване на природному радіоактивному розпаді калію-40 до аргону-40 у вулканічних породах. Аргон-40 зазвичай не присутній у мінералах до виверження. Дослідники піддають зразки гірських порід дії нейтронів, перетворюючи нерадіоактивний ізотоп калію калій-39 на аргон-39. Потім виміряйте відносні кількості аргону-40 і аргону-39. Більший відсоток аргону-40 вказує на більш старий зразок.

У 1998 році співавтор Андреа Марцолі з Падуанського університету зібрав нову пемзу з Оплонтіса, іншого римського поселення, похованого виверженням. Ці зразки містять більше калію, ніж раніше використовувані зразки, і походять з матеріалу, випущеного на ранніх стадіях виверження.

Чому найдавніші пемзи важливі

Магма під стратовулканами, такими як Везувій, може розділятися на шари. Залізо та магній, як правило, концентруються біля дна магматичної камери, тоді як розчинні елементи, такі як калій, залишаються у верхній частині.

Через таку структуру багата калієм магма зазвичай є одним із перших матеріалів, що вивільняються під час виверження. Тому він осідає біля дна утворених попелу та пемзи. Зразки Марцолі були взяті з цих нижніх відкладень і особливо цінні для аргон-аргонового датування.

Незважаючи на такий потенціал, зразки залишалися в сховищах і не аналізувалися протягом десятиліть. Кілька років тому аспіранти Хасслер, Ентоні Фуентес та Енді Торто, працюючи з постдокторантом Джеком Картером у лабораторії Рена, запропонували повернутися до матеріалу Марцолі майже 30 років тому, щоб побачити, чи можна покращити вимірювання 1997 року.

Дослідники вже опублікували дослідження, спрямоване на гармонізацію аргоно-аргонового датування та уран-свинцевого датування, двох найбільш широко використовуваних методів для визначення віку гірських порід. Досягнення більш точного калібрування аргон-аргонового датування було ключовою частиною цієї великомасштабної роботи.

«Вони розробили байєсівську схему для взаємного калібрування цих двох найважливіших земних хронометрів, які ми маємо, і вони опублікували її в 2025 році, але протягом багатьох років у них не було стабільних результатів», — сказав Ренн.

Вимірювання Везувію 1997 року були включені в початкове калібрування, але невизначеності були досить великими, щоб вони мали відносно незначний вплив на кінцеві результати. Нові та вдосконалені вимірювання Везувію мають набагато більшу вагу.

«Насправді це була просто комбінація кращих зразків, інструментальних переваг і більшої спільної роботи. Усе це зійшлося», — додав Ренне. Він вважає, що співавтор Білл Кассата відіграє важливу роль у розробці аналітичної стратегії та аналізі даних.

Перегляд дати виверження Везувію

Перш ніж команда могла використовувати виверження як надійний еталон, Хасслеру довелося вирішити давні розбіжності щодо точного часу виверження Везувію.

Деякі історики стверджують, що виверження відбулося пізно восени 79 року нашої ери. Частково їхні аргументи базуються на переконанні, що монети, знайдені в Помпеях, були виготовлені лише у вересні.

Гасслер порівняв цю монету з іншими римськими монетами того ж періоду і дійшов висновку, що вона, ймовірно, була викарбувана до вересня. Тим не менш, дослідники врахували невизначеність у два місяці до і після дати виверження. Хоча ця невизначеність мало вплинула на калібрування самого методу датування, вона була важливою для визначення періоду напіврозпаду калію-40.

Підключення різних методів датування Землі

Рен сказав, що підвищена точність аргон-аргонового датування також має бути особливо корисною для калібрування радіовуглецевого датування. Радіовуглецеве датування є потужною технікою для визначення віку органічних матеріалів, таких як деревина, менше приблизно 55 000 років.

«Ми хочемо справді інтегрувати якомога більше методів геологічного датування, використовуючи ту саму математику, той самий байєсівський підхід і включаючи більше даних, більше необроблених спостережень», — сказав він. «Але аргон-аргонове датування завжди буде стандартом. У цьому сенсі це буде важливий стандарт калібрування».

Разом із покращенням калібрування методів датування аргоном/аргоном, результати встановлюють новий критерій того, наскільки точно цей метод може датувати відносно недавні виверження вулканів, сказав Реннес. Цей результат показує, що аргон-аргонове датування може досягати десятирічної точності для подій, які відбулися в зареєстрованій історії.

Це дослідження фінансувалося Національним науковим фондом (2102788, 2030393), Фондом Енн і Гордона Гетті та Центром геохронології Берклі.