Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Хелфанд Дэвид

2. D. C. Catling, and K. J. Zahnle, “The Escape of Planetary Atmospheres”, Scientific American 300, no. 5 (2009): 36–43.

3. Считается, что полосчатые железистые кварциты возникли из морской воды, в которой первые фотосинтезирующие организмы производили Кислород, впоследствии вступивший в реакцию с Железом и образовавший оксид железа на морском дне.

4. A. J. Charles et al., “Constraints on the Numerical Age of the Paleocene-Eocene Boundary”, Geochemistry, Geophysics, Geosystems 12, no. 6 (2011):1–19

5. M. Guthar et al., “Very Large Release of Mostly Volcanic Carbon During the Palaeocene-Eocene Thermal Maximum”, Nature 548, no. 7669 (2017): 573–577.

6. Массивный (6,6 миллиона кубических километров) поток магмы, в настоящее время составляющий Исландию и некоторые части Норвегии, Шотландии, Ирландии и Гренландии.

7. G. H. Denton et al., “The Last Glacial Termination”, Science 328, no. 5986 (2010): 1652–1656.

8. J. F. McManus, R. Francois, J.-M. Gherardi, L. D. Keigwin, and S. Brown-Leger, “Collapse and Rapid Resumption of Atlantic Meridional Circulation Linked to Deglacial Climate Changes”, Nature 428 (2004): 834–837.

9. R. F. Anderson, “Wind-Driven Upwelling in the Southern Ocean and the Deglacial Rise in Atmospheric CO2”, Science 323, no. 5920 (2009): 1443–1448.

10.

Временной промежуток позднего дриаса, в котором происходит быстрое изменение климата, назван в честь дриады восьмилепестной (Dryas octopetala), тундрового полевого цветка, листья которого часто встречаются в отложениях скандинавских озер этого периода. Недавнее датирование основано на анализе деревьев, захороненных в земле во время одного из крупнейших извержений вулкана в Европе – этим вулканом был Лах на озере Лахер-Зе. Анализ позволил согласовать данные об озерных отложениях и ледяных кернах и дал нам возможность датировать начало позднего дриаса с поразительной точностью, лучше, чем 0,1 % (как если бы вы посмотрели на меня и угадали мою дату рождения с точностью до месяца). См.: R. Reinig et al., “Precise Date for the Laacher See Eruptions Synchronizes the Younger Dryas”, Nature 595 (2021): 66–69.

11. K. Andreassen et al., “Massive Blow-out Craters Formed by Hydrate-Controlled Methane Expulsion from the Arctic Seafloor”, Science 356 (2017): 948–953.

12. D. D. Catling and K. J. Zahnle, “The Escape of Planetary Atmospheres”, Scientific American 300, no. 5 (2009): 36–43.

13. Вопреки распространенному мнению, проблема озоновых дыр не связана с глобальным потеплением. Химические вещества, содержащие Хлор, например хладагенты, в которых используются хлорфторуглеродные соединения, дрейфуют в стратосферу и разрушают там молекулы озона, позволяя большему количеству ультрафиолетового света проникать через атмосферу. Хотя это может повредить обитателям океана и суши – которые, как правило, развивались под защитным озоновым слоем, – это не влияет на температуру Земли. Однако приземный (тропосферный) озон – это парниковый газ, и он добавляет почти 10 % к эффекту потепления, вызываемому CO₂, H₂O, метаном и другими подобными газами.

Глава 15. День рождения Солнца: формирование Солнечной системы

1. Физикам это известно как сохранение углового момента; для объекта, движущегося по кругу, произведение массы x скорость x радиус круга остается постоянным, если на сам объект не действует внешняя сила.

2. Основной компонент всего вещества во Вселенной – темная материя. Ее происхождение остается загадкой. Масса темной материи примерно в семь раз больше массы обычного вещества во Вселенной. Но похоже, что темная материя в лучшем случае взаимодействует слабо; иными словами, она не сталкивается ни с обычной материей, ни с самой собой. В результате она остается в сферическом ореоле, внутри которого формируется уплощенный диск.

3. ⁸⁷Rb(t) = ⁸⁷Rb(t = 0) x e^{—0,693 t/T}, где t – время; T – период полураспада.

В наши дни использование измеренных значений ⁸⁷Rb,^{8 7}Sr и ⁸⁶Sr в образце позволяет напрямую определить его возраст, измерив наклон линии, описывающей изотопные отношения: «e» – это основание натурального логарифма, равное 2,718 – e^{–0,693 t/T} _1/2 = ( 1/2 ) t/t ^1/2 ,

как указано выше.

Уравнение 1 – это просто стандартное уравнение радиоактивного распада, в котором говорится, что количество ⁸⁷Rb, присутствующее в любой момент времени t, равно разности количества в начале (при t = 0), и распавшегося количества.

(1)

Уравнение 2 просто преобразует уравнение 1 в более удобную форму.

⁸⁷Sr(t) =⁸⁷Sr(t = 0) + количество, добавленное в ходе распада ⁸⁷Rb. (2)

Уравнение 3 говорит, что имеющееся количество ⁸⁷Sr – это сумма количества, бывшего в начале, и того, которое добавилось за счет распада ⁸⁷Rb; последнее количество – просто разность количества ⁸⁷Rb, бывшего в начале, и оставшегося количества (остальное уже распалось – см. уравнение 4).

(3)

(4)

Теперь, подставив уравнение 2 в уравнение 4, мы получим уравнение 5 для количества⁸⁷Sr, которое имеется в нашем образце.

Затем мы делим обе части этого уравнения на количество стабильного изотопа ⁸⁶Sr и переставляем члены, получая уравнение 6.

(6)

Удобнее представить уравнение 6 в такой форме:

y = b + x x m или y = mx + b,

которое (как, я уверен, вы помните) представляет собой простое уравнение прямой линии на графике с осями x и y, где b – точка, в которой линия пересекает ось y (т. е. значение y при x = 0), а m – наклон линии.

Величина y в данном случае – это левая часть уравнения, отношение ⁸⁷Sr(t) / ⁸⁶Sr(t), которое легко измерить, – это просто количество атомов каждого изотопа, имеющееся в образце. Точно так же x равен ⁸⁷Rb(t)/⁸⁶Sr(t), современному соотношению этих двух изотопов. Член b, ⁸⁷Sr (t = 0)/ ⁸⁶Sr(t) – это точка пересечения оси y, и по графику можно непосредственно считать исходное количество ⁸⁷Sr в образце. В конце концов нужно просто измерить наклон линии, установить его равным [e^+0,693t/T – 1] и подставить известный период полураспада, чтобы найти t, возраст.