Источник: сайт ИЯФ СО РАН
Ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета провели в Центре коллективного пользования СО РАН «Геохронология кайнозоя» радиоуглеродный анализ образца сосны на единственном в России ускорительном масс-спектрометре, разработанным и созданным специалистами ИЯФ. Дерево, выросшее в новосибирском Академгородке, послужило природным индикатором содержания радиоуглерода в биосфере. Пик концентрации этого изотопа пришелся на возрастные кольца, которые соответствовали 1960-ым годам, когда в мире проводились наземные испытания ядерного оружия.
Одним из самых долгоживущих живых организмов, которые соседствуют с человеком, являются деревья, в России их возраст может достигать 800 лет. За время своей жизни деревья становятся свидетелями техногенных и природных событий, происходящих в мире, так как накапливают в себе определенные вещества, в том числе, радиоуглерод.
«В верхних слоях атмосферы под действием космических лучей образуется радиоуглерод — изотоп углерода 14C, — комментирует старший научный сотрудник лаборатории радиоуглеродных методов анализа НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, кандидат химических наук Екатерина Пархомчук. — Живые организмы непрерывно участвуют в углеродном обмене с атмосферой, поэтому соотношение стабильного и радиоактивного изотопа углерода в них практически одинаково. Но этот обмен прекращается в момент гибели организма, и далее количество 14C уменьшается из-за радиоактивного распада. Период полураспада радиоуглерода хорошо известен, и определив содержание радиоуглерода в образце, можно выяснить его возраст».
При этом содержание радиоуглерода в атмосфере может меняться. Например, ядерный взрыв сопровождается мощным потоком нейтронов и является дополнительным источником образования этого изотопа. С другой стороны, сжигание ископаемых топлив приводит к выбросу в атмосферу углерода с низким содержанием радиоактивного изотопа. «Метод радиоуглеродного анализа, — объясняет старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Сергей Растигеев, — позволяет отслеживать природные и техногенные процессы от наших дней до примерно 50 тысяч лет назад по содержанию радиоуглерода в арктических льдах, почве, кольцах деревьев и моллюсков. Например, по кольцам деревьев можно судить об уровне выхлопных газов, последствиях горения угля и нефти в любой год последних столетий в любом месте, где растут деревья — у дороги, у железнодорожных путей, у вашего подъезда».
Для анализа ученые взяли керн сосны, выросшей в новосибирском Академгородке, ее возраст составлял 113 лет. Они разделили керн на годичные кольца, выделили из них целлюлозу, получили углерод в графитоподобном состоянии и провели радиоуглеродный анализ полученных образцов на ускорительном масс-спектрометре. «При датировании колец дерева важно выделить тот компонент, который, сформировавшись, не обменивается с окружающей средой углеродом. Таким компонентом является целлюлоза, которую для анализа необходимо очистить от всех возможных примесей. К ним относятся, прежде всего, вещество самого дерева, сахара, лигнин и смолы, и внешние загрязнители, например, растворимые вещества из почвы», — поясняет научный сотрудник НГУ и ИК СО РАН Петр Калинкин.
Метод ускорительной масс-спектрометрии заключается в прямом подсчете количества атомов радиоуглерода в исследуемом образце, поэтому он чувствительнее любых других методов в тысячи раз. «При первичной селекции выделяется пучок отрицательных ионов с близкими к радиоуглероду массами, после чего пучок ускоряется напряжением миллион вольт. Далее его пропускают через мишень, в которой ионы перезаряжаются в положительные и вовлекаются в следующий этап ускорения. При этом молекулы разбиваются на части, что позволяет избавиться от них на последующих этапах селекции. Выходящие из ускорителя ионы 14C подсчитываются поштучно», — объясняет заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, заведующий лаборатории радиоуглеродных методов анализа НГУ академик Василий Пархомчук.
С середины 1940-х годов в мире активно проводились испытания ядерного оружия, в результате чего к началу 1960-х годов концентрация радиоуглерода в атмосфере практически удвоилась. В августе 1963 года три ядерные державы и вслед за ними еще 129 стран подписали Московский договор о запрете ядерных испытаний в атмосфере, в космосе и под водой. После этого количество радиоуглерода постепенно уменьшалось, и к нашим дням стало близко к исходному уровню, что также видно на годовых кольцах изученного дерева. «Мониторинг экологических последствий ядерных испытаний с помощью радиоуглеродного метода в мире распространен, — объясняет Василий Пархомчук, — но ближайшие к нам ускорительные масс-спектрометры находятся в Европе и в Америке. Мы получили результаты близкие к тем, что наблюдают коллеги, хотя измеряли образцы, взятые практически с другого конца света. Кривые наших графиков похожи, так как воздух перемешивается вокруг Земли равномерно, поэтому наземные ядерные испытания в Америке оказали заметное влияние на экологию России и наоборот».
