Физики предложили уйти от стандартных образцов изотопного состава углерода
Способ прямого измерения изотопного состава углерода в образцах на основе инфракрасной спектроскопии предложили научному сообществу физики из международной метрологической группы в статье, опубликованной 26 апреля журналом Nature Physics.
Ведущие ученые проекта работают в Национальном институте стандартов и технологий США в Гейтерсберге. Среди авторов исследования есть русские ученые, например Олег Полянский и Николай Зобов из Института прикладной физики РАН, в Нижнем Новгороде.
Определение соотношения между стабильными изотопами углерода в осадках — важный метод в науках, связанных с историей Земли и особенно историей изменения климата — палеоклиматологией. Однако, при измерениях ученые до сих пор вынуждены пользоваться эталонами — сравнивать масс-спектры с образцовыми.
По мере увеличения спектроскопических приборов в мире запасы эталонных образцов иссякают. Помимо этого, есть данные, что изотопное соотношение в эталонах недостаточно однородно или меняется со временем. Переход к абсолютным величинам затрудняется отсутствием точных определений абсолютных содержаний изотопов в образцах.
Физики утверждают, что смогли провести контрольные измерения методом инфракрасной абсорбционной спектроскопии, которые хорошо согласуются с основным методом измерений — масс-спектрометрией и удовлетворяют метрологическим требованиям Международной системы единиц по точности.
Решение основано на использовании трех типов инфракрасных лазеров, частота излучения которых подобрана так, чтобы взаимодействовать исключительно с молекулами, содержащими углерод-12 и углерод-13. После серии неудачных попыток новая конфигурация позволила измерить абсолютные доли изотопов, согласующиеся с классическими изотопными определениями.
В случае признания метод позволит отказаться от калибровок, помочь в исследованиях движения углерода в различных средах, а также помочь разобраться с источником углерода в углекислом газе — веществе, вокруг накопления которого в атмосфере Земли построен современный дискурс о глобальном потеплении на планете.
Ученые надеются, что их работа способствует отказу от изотопного стандарта в Международной системе единиц и перейдет к его определению через фундаментальные физические константы, как это произошло с эталоном килограмма в мае 2019 года.
Напомним, изначальное соотношение изотопов углерода в природе определяется параметрами Солнца. В атмосфере Земли в течение её геологической истории наблюдается довольно постоянное соотношение стабильных изотопов углерода: углерода-12 и углерода-13, — приблизительно равное 93:1. Изучены биологические процессы, которые ведут к изменению этого соотношения — накопление углерода-12 в фотосинтезирующих растениях и планктоне. Обеднение или обогащение этим изотопом осадков позволяет делать выводы о климатической зональности на суше или об интенсивности перемешивания океанских вод в прошлом.
