Молнии способны запускать ядерные реакции, формирующие редкие изотопы
Редкие атомные изотопы, такие как углерод-13, углерод-14 и азот-15, уже давно используются при радиоуглеродном анализе для определения возраста древних артефактов и изучения особенностей доисторических пищевых цепей. Но что же является источником этих изотопов? Все дело в сложных каскадах субатомных реакций в атмосфере, которые вызывают высокоэнергетические потоки космического излучения.
Группа ученых открыла новый способ получения изотопов в естественной среде: молнии. Углерод-13, один из главных индикаторов при исследовании геохимических процессов, обычно образуется, когда высокоэнергетическое излучение попадает в атмосферу и воздействует на самую распространенную форму азота — азот-14. Атом азота теряет нейтрон, а получившийся в результате неустойчивый азот-13 испускает нейтрино и положительно заряженный электрон (позитрон). Реакция (и последующая аннигиляция позитрона при столкновении с отрицательно заряженным электроном) приводит к образованию стабильного атома углерода-13 и двух гамма-лучей с очень высокой энергией, часто используемой для обнаружения космических лучей.
Еще в феврале ученые, наблюдавшие дневную грозу у северо-западного побережья Японии, внезапно уловила такое же излучение. Более того, команда обнаружила даже более широкий диапазон гамма-лучей, выделяемых неустойчивыми атомами азота-15 — они получаются, когда свободные нейтроны на большой скорости врезаются в атомы азота-14. На страницах Nature исследователи сообщают, что это прямое доказательство того, что не только космическое излучение, но и молнии могут быть причиной образования редких изотопов. Но, судя по всему, они создают лишь незначительную часть от общего числа изотопов, так что современные системы изучения прошлого с помощью радиоуглеродного анализа пока остаются валидными.