Железо-60 не из нашего мира: откуда взялся этот изотоп на Земле

Фото: phys.org

Существует небольшое количество изотопов, которые могут рассказать о древних взрывах сверхновых и о том, как они помогли сформировать Землю и Солнечную систему. Чаще всего ученые обращают свое внимание во время исследований на изотоп железо-60. Почему он так важен? Об этом пишет IFLScience.

Сверхновые и килоновые

Большинство химических элементов, из которых состоит наша планета, создают во время мощных космических взрывов: или сверхновых, или килоновых. Считается, что как минимум один, а может быть несколько подобных космических взрывов произошло до появления Солнца в близком к нам регионе Млечного Пути. Напоминаем, что массивные звезды у которых закончилось водородное топливо, взрываются сверхновыми. В результате в космос вылетают как созданные в недрах звезды химические элементы не тяжелее железа, так и элементы, созданные во время взрыва, но они тяжелее железа. Что касается килоновых, то эти взрывы происходят во время столкновения нейтронных звезд, то есть остатков ядер звезд, которые взорвались сверхновой. В результате этого взрыва в космос также улетает много самых тяжелых химических элюентов.

Предполагается, что близлежащие космические взрывы наполнили разными химическими элементами газовое облако, из которого появилось Солнце и вся Солнечная система. Хотя большая часть облака состояла из водорода и гелия, различные процессы привели к тому, что эти два химических элемента стали очень редкими на Земле. Но другие элементы наоборот накопились в составе планеты.

Разные версии железа

Эти элементы состояли из смеси стабильных и радиоактивных изотопов, то нестабильных версий атомов тех или иных химических элементов, которые подвергаются распаду с разной скоростью.

Если говорить о железе, то в ее составе сконцентрировалось много железа-56, то есть это атом железа с 26 протонами и 30 нейтронами. Меньше было железа-54 и железа-57. У этих атомов также 26 протон, но 28 и 31 нейтрон соответственно. Совсем мало оказалось железа-58. Это не радиоактивные изотопы, а потому их и сейчас так же много, как и миллиарды лет назад. Тем более, что некоторые из этих изотопов продолжают попадать на Землю вместе с метеоритами.

Взрывы сверхновых также заполнили газовое облако некоторым количеством железа-55, железа-59 и железа-60, которые являются радиоактивными изотопами.

Период полураспада железа-59 составляет 44,6 дня. Если какое-то количество этого изотопа и попало в газовое облако, то оно исчезло еще до появления Земли. Период полураспада железа-55 составляет 2,7 года, но этого все равно мало, чтобы обнаружить его еще до появления нашей планеты.

Почему железо-60 такой особенный изотоп?

Железо-60 является особенным изотопом. Его период полураспада составляет 2,6 млн лет. Поэтому следы его существования можно обнаружить на Земле, даже после того, как он исчез. Бета-распад превращает железо-60 в кобальт-60, который затем относительно быстро превращается в никель-60. Распределение железа-60 в ранней Солнечной системе было исследовано путем поиска большого количества никеля-60.

В то же время ученые обнаружили в отложениях на дне океанов несколько пиков увеличения количества железа-60 за последние несколько десятков миллионов лет. На Земле этот изотоп не может появиться естественным образом и планета не может концентрировать его в больших количествах. Считается, что увеличение количества железа-60 происходило вместе со взрывами сверхновых в относительно близком к нам регионе космоса. Но эти изотопы, как и те, что связаны с образованием Земли, уже давно исчезли.

То, что железо-60 прибыло к нам из космоса подтвердили исследования Луны, где также за последние несколько десятков миллионов лет были обнаружены пики увеличения количества этих изотопов.

Ученые выяснили, что огромное количество железа-60 прибыло на Землю в период между 3,4-1,7 млн лет назад и где-то 8 млн лет назад. Одни ученые считают, что источником изотопа стал взрыв сверхновой, но другие говорят, что это был взрыв килоновой.

Железо-60 и глобальное похолодание на Земле

Есть еще один вопрос, на который пока не могут дать ответ ученые. Считается, что железо-60, хоть и является радиоактивным изотопом, в обнаруженных объемах не представляло угрозы для Земли. Но пики увеличения его количества на нашей планете совпали с периодами сильного похолодания на нашей планете. Само по себе железо-60 не может быть ответственным за это явление, но возможно, прибывшие с изотопами космические лучи от того же взрыва сверхноовй или килоновой могли спровоцировать увеличение облачного покрова, что повлияло на снижение глобальной температуры на Земле.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform