超新星是否在地球上留下了印记？来自海底的新证据表明了这一点

宇宙成因 10Be 的产生和融入铁锰结壳的示意图。 资料来源：HZDR / blrck.de

铍-10是宇宙射线与地球大气中的粒子碰撞时形成的一种稀有放射性同位素，它为地球的地质历史提供了重要线索。 德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）的一个研究小组与德累斯顿科技大学（TUD Dresden University of Technology）和澳大利亚国立大学（ANU）合作，在太平洋海底的沉积物样本中发现了异常高浓度的铍-10同位素。

这种意外的积累可能与大约1000万年前的洋流变化或宇宙事件有关。 如果得到证实，这种反常现象可以作为全球时间标记，大大改进跨越数百万年的地质记录的年代测定。 研究小组的研究成果于2月10日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

放射性核素是一种原子核（同位素），会随着时间的推移衰变成其他元素。 它们被用来确定考古和地质样本的年代，其中放射性碳测年是最著名的方法之一。

从原理上讲，放射性碳年代测定法是基于这样一个事实，即生物体在其一生中会不断吸收放射性同位素碳-14（14C）。 一旦生物死亡，吸收就会停止，14C 含量就会通过半衰期约为 5700 年的放射性衰变开始减少。 通过比较不稳定的 14C 与稳定的碳-12（12C）的比率，研究人员可以确定生物的死亡日期。

考古发现，如骨骼或残留木材，都可以通过这种方法精确地确定年代。"然而，放射性碳测定法仅限于测定距今不超过 5 万年的样本，"HZDR 物理学家 Dominik Koll 博士解释说。"要确定更古老样本的年代，我们需要使用其他同位素，比如宇宙成因铍-10（10Be）。"

这种同位素是宇宙射线与高层大气中的氧和氮相互作用时产生的。 它通过降水到达地球，并在海床上积累。 10Be 的半衰期为 140 万年，它会衰变为硼，从而可以追溯到 1000 多万年前的地质年代。

不久前，科尔的研究小组对从几千米深的太平洋中提取的独特地质样本进行了研究。 这些样本由铁锰结壳组成，主要成分是铁和锰，经过数百万年缓慢而稳定地形成。

为了确定样本的日期，研究小组在 HZDR 使用一种高灵敏度的方法--加速器质谱法（AMS）分析了 10Be 的含量。 在这一过程中，样品先经过化学纯化，然后再进行痕量同位素分析。 样品中的单个原子被高压加速，由磁铁偏转，然后由专门的探测器记录。 这种方法可以精确识别 10Be，将其与其他铍同位素以及具有相同质量的分子和同位素（如硼-10）区分开来。

当研究小组对收集到的数据进行评估时，他们得到了一个意外的发现。科尔报告说："在 1000 万年左右，我们发现的 10Be 几乎是我们预计的两倍。我们发现了一个以前未被发现的异常现象。 为了排除任何污染的可能性，专家们分析了来自太平洋的其他样本，这些样本也表现出同样的异常。 这种一致性使研究小组得出结论：这确实是一种真实的现象。"

但是，1000 万年前浓度如此惊人的增加是如何产生的呢？ 在德累斯顿工业大学和澳大利亚国立大学完成博士学业的科尔提出了两种可能的解释。 其一是与南极洲附近的海洋环流有关，据认为南极洲附近的海洋环流在1000万到1200万年前发生了剧烈变化。

物理学家解释说："由于洋流的改变，这可能导致 10Be 在地球上不均匀地分布了一段时间。因此，10Be可能特别集中在太平洋。"

第二种假设是天体物理学性质的。 它认为，1000 万年前，一颗近地超新星的余波可能导致宇宙辐射暂时变得更加强烈。 或者，地球可能由于与浓密的星际云碰撞而暂时失去了太阳保护罩--日光层，从而更容易受到宇宙辐射的影响。

科尔说："只有新的测量结果才能说明铍异常是由洋流变化还是天体物理原因造成的。这就是为什么我们计划今后分析更多的样本，并希望其他研究小组也这样做。 如果异常现象遍布全球，天体物理学假说将得到支持。 另一方面，如果只在特定区域发现异常，那么涉及洋流改变的解释将被认为更可信。"

这种异常对地质铍的年代测定非常有用。 在比较不同的年代档案时，会出现一个基本问题。 必须在所有数据集中确定共同的时间标记，这样才能使它们彼此正确同步。 多米尼克-科尔（Dominik Koll）解释说："对于跨越数百万年的时间段来说，这样的宇宙时间标记尚不存在。 不过，这种铍异常有可能成为这样的标记。"

编译自/scitechdaily