Как оснастить термометром машину времени?
В обычном «градуснике» мы наблюдаем тепловое расширение спирта или ртути. Они удобны тем, что почти мгновенно реагируют на изменения температуры.
Но начиная с первого «термоскопа» Галилео Галилея (1597), люди пробовали использовать для измерения температуры самые разные вещества, не только эти. На самом деле эталонами для измерения температуры могут становиться очень многие минералы. А некоторые из них позволяют создать для ученых удивительный гибрид термометра и машины времени!
Минералогическая термометрия может позволить заглянуть в древнейшие геологические эпохи земли, основываясь на том, при каких условиях температуры и давления мог образоваться тот или иной минерал, а также исследуя его изотопный состав. Геохимия позволяет ответить на вопросы о климате Земли и протекании на ней вулканических процессов в самые древние времена. Часто речь идет о формировании известковых пород в океанах, где накапливались слои погибших живых организмов, превращаясь потом в известняк и мрамор.
Кроме того, полученные данные позволяют прогнозировать, в каких местах на планете можно обнаружить те или иные месторождения полезных ископаемых.
Но начиная с первого «термоскопа» Галилео Галилея (1597), люди пробовали использовать для измерения температуры самые разные вещества, не только эти. На самом деле эталонами для измерения температуры могут становиться очень многие минералы. А некоторые из них позволяют создать для ученых удивительный гибрид термометра и машины времени!
Каменный термометр – о бурной биографии метеорита «Челябинск»
Минералогическая термометрия может позволить заглянуть в древнейшие геологические эпохи земли, основываясь на том, при каких условиях температуры и давления мог образоваться тот или иной минерал, а также исследуя его изотопный состав. Геохимия позволяет ответить на вопросы о климате Земли и протекании на ней вулканических процессов в самые древние времена. Часто речь идет о формировании известковых пород в океанах, где накапливались слои погибших живых организмов, превращаясь потом в известняк и мрамор.
Кроме того, полученные данные позволяют прогнозировать, в каких местах на планете можно обнаружить те или иные месторождения полезных ископаемых.
Используют этот метод и для исследования «гостей» из глубины космоса – метеоритов. Например, исследовав упавший под Челябинском метеорит, ученые определили, что в момент «отлома» от основного космического тела – предположительно, астероида, он кратковременно разогревался до 650⁰С, и произошло это около 289 миллионов лет назад. Само космическое тело было много старше, исследование пород его составляющих, позволяет предполагать, что его возраст составляет 4,5 миллиарда лет.
Кусок астероида, который впоследствии стал «Челябинском», 10 миллионов лет назад пережил разогрев до 2000⁰. Исследование осколков метеорита показало наличие в его составе редкого для космических тел жадеита. Жадеит – красивый зеленоватый минерал зернистого строения (это отличает его от волокнистого «брата» – нефрита). Он формируется из метаморфических горных пород при высокой температуре и давлении.
Видимо, 10 тысяч лет назад метеорит вновь столкнулся с каким-то космическим объектом, что привело к образованию в нем «жил плавления» и необычных минеральных включений.
Специалисты из Калифорнийского Университета применили методы минералогической термометрии, исследуя образцы марсианского грунта, чей возраст составляет 3,6 – 4 миллиарда лет. Оказалось, что были времена, когда марсианская погода (нынешняя среднегодовая температура –40⁰С) была гораздо теплее. Карбонатные породы на Марсе сформировались при температуре 18⁰С.
Косвенные данные указывают на то, что на Марсе в далеком прошлом была вода, так как многие минералы имеют признаки «выпавших из солевых растворов».
Кроме того, ученые установили, что тепло и влажно, «по-Земному», на Марсе было сравнительно недолго.
Невероятно, но факт – мы можем измерить температуру древним, вымершим формам жизни! Как? С помощью того же каменного термометра. Ученые из США и Германии оценили содержание изотопов углерода и кислорода в окаменелых останках, превратившихся в так называемый биоапатит. Особенно удобно для этого изучение их зубной эмали.
При формировании кристаллической решетки биоапатита в образующихся карбонат-ионах тяжелые изотопы ₁₈О и ₁₃С чаще связываются при более низких температурах.
Образцы костной ткани растворяли в кислоте, а выделившийся углекислый газ анализировали на содержание изотопов на масс-спектрометре.
Ранее уже проводились подобные исследования, но они использовали данные лишь по одному изотопу - ₁₈О, что менее точно и надежно.
Опробовали эту методику на современных животных, температура тел которых может быть измерена и обычным градусником. Проанализировали таким образом зубы индийского слона и нильского крокодила. Оценить температуру тел современных животных с помощью этого метода оказалось возможным с погрешностью в 1-2 градуса!
Удостоверившись в действенности метода, ученые приступили к работе. Далекий родственник индийского слона, живший в эпоху Плейстоцена, шерстистый мамонт, оказался довольно теплым, живя с температурой около 38⁰ С. Впрочем, и современные его собратья имеют приблизительно такую же температуру тела.
Более прохладными, как водится, оказались древние рептилии, жившие на Земле 12 миллионов лет назад. Температура их тел была чуть выше 30⁰, что соответствует климату на планете в тот период. А вот древний носорог оказался обладателем идеальной температуры… для нас с вами: изотопный «градусник» намерил ему 36,6⁰.
На очереди – работа с зубами и скорлупой яиц динозавров, тоже превратившейся в биоапатит. На основании начатых исследований уже удалось обоснованно предположить, что древние рептилии – ихтиозавры, мозазавры и плезиозавры, жившие на земле 255-65 миллионов лет назад, могли поддерживать постоянную температуру тела около 39⁰ и были живородящими.
Кусок астероида, который впоследствии стал «Челябинском», 10 миллионов лет назад пережил разогрев до 2000⁰. Исследование осколков метеорита показало наличие в его составе редкого для космических тел жадеита. Жадеит – красивый зеленоватый минерал зернистого строения (это отличает его от волокнистого «брата» – нефрита). Он формируется из метаморфических горных пород при высокой температуре и давлении.
Видимо, 10 тысяч лет назад метеорит вновь столкнулся с каким-то космическим объектом, что привело к образованию в нем «жил плавления» и необычных минеральных включений.
Достижения марсианских геологов
Специалисты из Калифорнийского Университета применили методы минералогической термометрии, исследуя образцы марсианского грунта, чей возраст составляет 3,6 – 4 миллиарда лет. Оказалось, что были времена, когда марсианская погода (нынешняя среднегодовая температура –40⁰С) была гораздо теплее. Карбонатные породы на Марсе сформировались при температуре 18⁰С.
Косвенные данные указывают на то, что на Марсе в далеком прошлом была вода, так как многие минералы имеют признаки «выпавших из солевых растворов».
Кроме того, ученые установили, что тепло и влажно, «по-Земному», на Марсе было сравнительно недолго.
Как измерить температуру динозаврам
Невероятно, но факт – мы можем измерить температуру древним, вымершим формам жизни! Как? С помощью того же каменного термометра. Ученые из США и Германии оценили содержание изотопов углерода и кислорода в окаменелых останках, превратившихся в так называемый биоапатит. Особенно удобно для этого изучение их зубной эмали.
При формировании кристаллической решетки биоапатита в образующихся карбонат-ионах тяжелые изотопы ₁₈О и ₁₃С чаще связываются при более низких температурах.
Образцы костной ткани растворяли в кислоте, а выделившийся углекислый газ анализировали на содержание изотопов на масс-спектрометре.
Ранее уже проводились подобные исследования, но они использовали данные лишь по одному изотопу - ₁₈О, что менее точно и надежно.
Опробовали эту методику на современных животных, температура тел которых может быть измерена и обычным градусником. Проанализировали таким образом зубы индийского слона и нильского крокодила. Оценить температуру тел современных животных с помощью этого метода оказалось возможным с погрешностью в 1-2 градуса!
Удостоверившись в действенности метода, ученые приступили к работе. Далекий родственник индийского слона, живший в эпоху Плейстоцена, шерстистый мамонт, оказался довольно теплым, живя с температурой около 38⁰ С. Впрочем, и современные его собратья имеют приблизительно такую же температуру тела.
Более прохладными, как водится, оказались древние рептилии, жившие на Земле 12 миллионов лет назад. Температура их тел была чуть выше 30⁰, что соответствует климату на планете в тот период. А вот древний носорог оказался обладателем идеальной температуры… для нас с вами: изотопный «градусник» намерил ему 36,6⁰.
На очереди – работа с зубами и скорлупой яиц динозавров, тоже превратившейся в биоапатит. На основании начатых исследований уже удалось обоснованно предположить, что древние рептилии – ихтиозавры, мозазавры и плезиозавры, жившие на земле 255-65 миллионов лет назад, могли поддерживать постоянную температуру тела около 39⁰ и были живородящими.
Как сказал палеонтолог из Калифорнийского университета Риосуке Мотании: «Этот метод открывает нам прекрасные возможности. Теперь мы можем использовать его для комплексного изучения эволюции морских рептилий».
Подобные исследования могут многое рассказать не только палеонтологам, но и палеоклиматологам, исследующим климат на планете в отдаленные эпохи.
Климатологи из Йельского университета определили, какова была температура в Антарктиде 45-50 миллионов лет назад, в эпоху Эоцена, и пришли к выводу, что климат там царил теплый – сравнимый с Калифорнией. Среднегодовая температура моря у побережья Антарктиды в это время составляла 14⁰С, а временами поднималась и выше – до 17⁰С, что соответствует тропической зоне. Эпоха, во время которой появились первые «современные» млекопитающие, обладала высоким содержанием углекислого газа в атмосфере, что связано с действием парникового эффекта.
Как же удалось заглянуть в столь далекое прошлое? На помощь любопытным климатологам пришли ископаемые антарктические двустворчатые моллюски, в чьих раковинах оказалось возможным определить концентрацию изотопов ₁₈О и ₁₃С.
Более теплым оказался Тихоокеанский берег Антарктиды, где порой температура прибрежной воды повышалась до 22⁰С, чуть прохладнее были Атлантическое и Индийское побережья, это было связано, по-видимому, с существовавшими в те далекие эпохи морскими течениями.
Эти исследования позволяют оценить влияние парникового эффекта на климат на протяжении длительного времени – как раз этого остро не хватает этой животрепещущей и неоднозначной проблеме.
Подобные исследования могут многое рассказать не только палеонтологам, но и палеоклиматологам, исследующим климат на планете в отдаленные эпохи.
А теперь о погоде на курортах Антарктики
Климатологи из Йельского университета определили, какова была температура в Антарктиде 45-50 миллионов лет назад, в эпоху Эоцена, и пришли к выводу, что климат там царил теплый – сравнимый с Калифорнией. Среднегодовая температура моря у побережья Антарктиды в это время составляла 14⁰С, а временами поднималась и выше – до 17⁰С, что соответствует тропической зоне. Эпоха, во время которой появились первые «современные» млекопитающие, обладала высоким содержанием углекислого газа в атмосфере, что связано с действием парникового эффекта.
Как же удалось заглянуть в столь далекое прошлое? На помощь любопытным климатологам пришли ископаемые антарктические двустворчатые моллюски, в чьих раковинах оказалось возможным определить концентрацию изотопов ₁₈О и ₁₃С.
Более теплым оказался Тихоокеанский берег Антарктиды, где порой температура прибрежной воды повышалась до 22⁰С, чуть прохладнее были Атлантическое и Индийское побережья, это было связано, по-видимому, с существовавшими в те далекие эпохи морскими течениями.