Космическая пыль в Океане

Новый метод определения скорости роста железомарганцевых конкреций

Рис. 2. Масс-спектр высокого разрешения - триплет масс с массовым числом 3...

Таким методом послужил предложенный нестандартный метод "космического трассера", основанный на измерении в образцах концентрации стабильного изотопа ³He, транспортируемого в осадочные породы космической пылью. Формализм метода основан на выражении (6) и не требует выполнения условия постоянства скорости роста. Фактически очень важно также, что закономерности радиоактивного распада (1, 2), обязательные для неравновесных методов и любых других, основанных на измерении концентрации (активности) радиоактивных изотопов, в методе "космического трассера" никак не используются.

Особенности изотопного анализа гелия в образцах ЖМК

Масс-спектрометр для анализа гелия должен удовлетворять ряду условий, два из которых (высокое разрешение и высокая чувствительность) взаимно противоречивы (рис. 2). Совместить высокие аналитические параметры удалось в магнитных резонансных масс-спектрометрах [8], впервые предложенных и сконструированных в ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН и имеющихся в распоряжении авторов.

Эффект экранирования (толстые образцы)

Использовались образцы двух типов: 1) толстые и 2) тонкие.

При получении толстых образцов толщиной ~ 10 мм из конкреции в направлении верх-низ выпиливалась сквозная колонка с основанием ~10х10 мм, проходящая через геометрический центр конкреции [7]. Затем колонка разрезалась на 7-10 образцов в перпендикулярном направлении. Каждый образец измельчался для усреднения состава по объему образца. От него отбиралась часть весом около 1 г, которая и загружалась в вакуумную экстракционную установку, соединенную в линию с масс-спектрометром.

Рис. 3. Концентрация изотопа 3He в сквозной колонке образцов, вырезанных из ЖМК...

Выяснено (рис. 3), что изотопное отношение гелия в конкрециях имеет порядок величины ³He/⁴He ~ 10^-5, и показано, что это результат смешения солнечного гелия с отношением ³He/⁴He ~ 3,7*10^-4, поставляемого космической пылью, и изотопного состава гелия терригенной пыли, имеющей отношение ³He/⁴He ~ 10^-7 - 10^-8.

Простой расчет показывает, что более 99% измеренной в образцах концентрации ³He является солнечный гелий, имплантированный в космические пылинки за время их существования в открытом космосе. Расчет скоростей роста r по толстым образцам показывает, что обычно величина r лежит в пределах 1 - 10 мм/тысячу лет и меняется от образца к образцу в пределах одной и той же колонки образца, варьируя по величине ~ 10 раз. Из рисунка видно также, что концентрация изотопа ³He от середины конкреции к ее краям меняется по определенному закону. Минимальное значение концентрации ³He наблюдается в образцах, расположенных вблизи геометрического центра симметрии конкреции. Это дает основание считать, что минимум на графике соответствует зародышевому центру, вокруг которого произошло формирование тела конкреции, т.е. в возрастном исчислении это самый древний фрагмент конкреции. Для верхней полуплоскости конкреции наблюдается линейное увеличение концентрации изотопа ³He от центра к периферии. Скорость роста конкреции (6) является величиной, обратно пропорциональной концентрации изотопа ³He и, соответственно, уменьшается от центра к периферии. Для нижней полуплоскости эта зависимость имеет другой характер. По мере удаления от центра конкреции концентрация изотопа ³He вначале несколько увеличивается, затем достигает насыщения и немного убывает. Такой вид зависимости, вероятнее всего, отражает влияние эффекта экранирования потока космической пыли телом растущей конкреции. Поэтому для расчетов скорости роста и возраста конкреции этим методом необходимо использовать даные о концентрации изотопа ³He только для верхней полуплоскости.

далее>>