научная статья по теме ВАРИАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ ПОТОКОВ ГЕЛИЯ И ПРОТОНОВ НА ДЛИТЕЛЬНОЙ ШКАЛЕ ВРЕМЕНИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВАРИАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ ПОТОКОВ ГЕЛИЯ И ПРОТОНОВ НА ДЛИТЕЛЬНОЙ ШКАЛЕ ВРЕМЕНИ»

УДК 523.72;551.590.2

ВАРИАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ ПОТОКОВ ГЕЛИЯ И ПРОТОНОВ НА ДЛИТЕЛЬНОЙ ШКАЛЕ ВРЕМЕНИ

© 2014 г. Г. С. Ануфриев

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург e-mail: anufriev.mass1@mail.iojfe.ru Поступила в редакцию 15.03.2013 г. После доработки 14.04.2014 г.

Проведена реставрация информации о древних (до ~600 млн лет назад) солнечных потоках протонов и гелия на основе изотопных исследований гелия и неона в образцах лунного грунта из колонок, доставленных автоматическими станциями "Луна-16" и "Луна-24" в 1970 и в 1976 гг. Исследования последних лет показали существование долговременных вариаций климата, нашедших объяснение в рамках солнечно-земных связей. Однако одновременно с влиянием Солнца на Землю существует влияние "космоса" в виде облучения космическими лучами и в виде воздействия на Землю потока космической пыли и метеоритов (в том числе очень крупных на ранней стадии развития Земли). Поэтому прямым подтверждением проявления солнечно-земных связей может служить наличие долговременной изменчивости солнечных корпускулярных потоков. Возможность установить такие связи появляется на основе выявленных вариаций потоков солнечного ветра с возрастом от современного уровня до уровня ~600 млн лет назад.

DOI: 10.7868/S0016794014060030

1. ВВЕДЕНИЕ

Исследования последних лет [Наговицын, 2008; Xapsos and Burke, 2009; Распопов и др., 2010] показали существование долговременных вариаций климата, нашедших объяснение в рамках солнечно-земных связей. Прямым подтверждением проявления этих связей может служить долговременная вариабельность солнечных корпускулярных потоков, отражающих изменчивость солнечной активности. Целью нашего исследования является обнаружение долговременных вариаций солнечного ветра по концентрации солнечного гелия и космогенного неона в образцах лунного грунта [Ануфриев, 2010, 2012]. Колонки лунного грунта были доставлены автоматическими станциями (АС) "Луна-16" и "Луна-24" из Моря Изобилия и Моря Кризисов в 1970, 1976 гг. Одной из мотиваций исследований явились результаты, полученные при изучении палеоклимата и палеонтологии [Наговицын, 2008; Xapsos and Burke, 2009; Распопов и др., 2010], интерпретация данных которых привела к необходимости учета влияния Солнца на эти черты земной эволюции. Сопоставление долговременных вариаций солнечных потоков в прошлом с палео-дендрохронологическими событиями и чертами палеонтологии позволит в дальнейшем сделать более определенные выводы о солнечно-земных связях в прошлом и о причинах вариаций климата и смены палеонтологических эпох.

Разработанный метод определения долговременных вариаций солнечного ветра [Ануфриев,

2010, 2012] на основе исследования образцов колонки (160 см) лунного грунта, доставленного АС "Луна-24", привел к обнаружению всплеска солнечного потока гелия и водорода ~470 млн лет назад. Отметим, что исследованный интервал времени в прошлом составил ~145—600 млн лет. Датировка 145 х 106 принадлежит образцу реголита, находящемуся на глубине в ~72 см от поверхности Луны. Практически одновременно на основании палео-дендрохронологических данных получены результаты [Распопов и др., 2010], позволившие высказаться о высокой солнечной активности ~70 млн лет назад. Таким образом, диапазон времени 0—145 х 106 лет, в котором подозревается повышенная солнечная активность [Распопов и др., 2010] , выпал из датировки по образцам колонки АС "Луна-24". Чтобы ликвидировать этот пробел в датировке, проведено исследование "короткой" колонки лунного грунта (35 см), доставленного АС "Луна-16".

2. МАТЕРИАЛЫ

Колонка лунного грунта АС "Луна-16" из Моря Изобилия после доставки на Землю была разбита по длине на зоны: А — 0—8 см; Б — 8—15 см; В — 15— 28 см: Г — 28—33 см. Подробные исследования лунного грунта представлены в книге [Лунный грунт ..., 1974]. Изотопное отношение 3Не/4Не в колонке несколько выше изотопного отношения гелия в колонке грунта, доставленной стан-

Таблица 1. Экспериментальные (столбцы 2—8) и расчетные (столбцы 9—11) данные

1 2 3 4 6 7 8 9 10 11

№ п/п Ь, см Проба, зона 4Не, см3/г 3Не 1П4 1-х 10 4Не 22Ме 21Ме 21№ х 106 см3/г 21№с х 106, см3/г а, см/106 лет tn 106 лет

1 0-8 3-2к А 0.18 3.7 29.8 9.4 0.38 0.22 36

2 8-15 6-1в Б 0.175 3.535 29.5 8.8 0.43 0.2 35

3 15-28 9-1п В 0.22 3.7 30.6 4.9 0.06 1.4 9

4 28-33 7-1а Г 0.187 3.75 30.4 9.2 0.17 0.49 10

цией "Луна-24". Концентрация гелия в тонкой фракции грунта (~100 мкм) заметно выше [Ануфриев, 2010, 2012] средней концентрации гелия в колонке АС "Луна-24" и близка к величине максимального значения концентрации в этой колонке. Эти обстоятельства, вероятнее всего связанные с вариациями солнечного корпускулярного излучения, придают исследованиям изотопных составов гелия и неона в колонке грунта АС "Луна-16" особо важное значение. Применена разработанная нами методика датирования с использованием кинетического параметра — скорости аккумулирования реголита. Исследования показали, что возраст колонки составляет ~90 млн лет. Обнаруженный всплеск концентрации солнечного гелия в лунном грунте этой колонки подтверждает реальность "гипотетического" ~70-миллионного всплеска солнечной активности, поддерживаемой ранее только палео-дендрохронологическими данными. В отдельных "зернах" образца и в тонкой фракции были исследованы [Лунный грунт .„,1974] изотопные составы инертных газов. Мы воспользуемся изотопными данными [Виноградов и Задорожный, 1974; Ануфриев и др., 1977], полученными при исследовании тонкой фракции <0.083 мм, примерно такой же крупности [Ануфриев, 2010, 2012], как и исследованные образцы АС "Луна-24".

Газы, содержащиеся в лунных образцах, выделялись в вакуумных экстракционных установках путем нагрева при температуре ~1400—1600°С, очищались от выделяющихся одновременно химически активных газов и измерялись при помощи масс-спектрометров, включенных "в линию" с экстракционной установкой. Ошибки измерений составляют ~10%. Изотопные анализы гелия и неона по всей длине колонки приведены в табл. 1.

3. МЕТОД ДАТИРОВКИ ОБРАЗЦОВ

Для расшифровки информации о солнечных корпускулярных потоках, накопленной лунным грунтом (реголитом), необходимо знание возраста грунта. Однако способы определения скорости накопления реголита не разработаны. Здесь мы используем предложенный автором [Ануфриев, 2010, 2012] количественный метод определения скорости накопления реголита на основе формального рассмотрения реголита в качестве осадочной (обломочной) породы, находящейся в стадии постоянного накопления. В этом случае в предположении существования основного тренда накопления реголита в природных условиях, близкого к равномерному, и при отсутствии миграции изотопов можно показать [Ануфриев и др., 1996], что скорость накопления (аккумулирования) а определяется потоком F(I) определенного изотопа-трассера, его концентрацией I и плотностью материала р. Выражение требует постоянства потока F(I) и условия ненарушенности стратиграфии изучаемой породы:

а =

Щ) р1 '

(1)

В качестве изотопа-трассера целесообразно выбрать какой-нибудь космогенный изотоп, образующийся в реголите при воздействии на него галактических космических лучей (ГКЛ). Часто среди набора различных космогенных изотопов [Виноградов и Задорожный, 1974; Алексеев, 2005] предпочтение отдается космогенному неону 21№с. Космогенные изотопы образуются под действием космических лучей в ядерных реакциях с атомами мишени. Расход атомов мишени при образовании космогенных изотопов [Лунный грунт ..., 1974; Алексеев, 2005] ничтожен (~10-8 см3/г за млн лет). Это позволяет в рассматриваемой модели условно считать, что не космические лучи внедряются в реголит, а внедряется поток космогенных изотопов. По ме-

Таблица 2. Возраст и концентрация гелия в образцах лунного грунта

?, 106 лет (1-й вариант расчета возраста) ?, 106 лет (2-й вариант расчета возраста) 4 Не, см3/г Зоны колонки или ссылки

0 0 0.16 ± 0.02 Согласно графику рис.1

36 21 0.18 ± 0.018 0-8

71 39 0.175 ± 0.0175 8-15

80 73 0.22 ± 0.022 15-28

90 91 0.187 ± 0.0187 28-33

145 145 0.107 ± 0.001 [Ануфриев, 2010, 2012]

теоритным данным известна производительность (скорость образования) космогенных изотопов Р(1) космическими лучами, размерность которой см3/г х 106 лет. Из функции производительности можно получить плотность условного потока этого изотопа на площадь в 1 см2:

F(I) = Р(1)рк, (2)

где к - толщина слоя реголита, в котором генерируются космогенные изотопы под действием космических лучей. При получении величины скорости образования космогенных изотопов пользуются метеоритными данными и модельными расчетами [Ъеуа е! а1., 2001; Алексеев, 2005], позволяющими определить количество космогенных изотопов, образующихся при облучении в толще мишени. Используя выражение (2), получим из соотношения (1) для скорости накопления (аккумулирования)

а = Ш К I

(3)

Величина к может быть определена из модельных экспериментов и расчетов, сообщенных в работе [Ъеуа е! а1., 2001]. Мы воспользуемся такой линейной аппроксимацией этих результатов, которая сохраняет равенство величины производительности космогенного неона 21№с с величиной, которая определяется представленной в работе ^еуа е! а1., 2001] нелинейной зависимостью. Для АС "Луна-24" получено, что к = 70 см.

В экспериментах с лунными образцами измеряется валовая концентрация неона, преобладающая часть которого составляет солнечный неон [ЕЪегИагё! е! а1., 1970; Виноградов и Задорожный, 1974], и некоторую часть валовой концентрации составляет космогенный неон. В рамках двухком-понентной модели неона (солнечный и космо-генный) определение концентрации космогенно-го неона можно сделать по формуле

/22

Ме

21 Ме„ = 21 Ме

121 Ме

22

Ме

21

Ме

т /22

Ме

21

Ме

22

Ме

121 Ме

(4)

где нижние индексы обозначают: 1г - солнечные (захваченные) изотопные отношения, ms - измеренные в опыте отношения и величины. Солнечное отношение изотопов неона согласно [ЕЪегИагЛ е! а1., 1970] равно 31 и космогенное [Алексеев, 2005] равно 1.1. Таким образом, выражение (4) и приведенные значения компонентов позволяют найти величины 21№с в каждом лунном образце.

В

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком