Бериллий-7 — это радиоактивный изотоп бериллия, который образуется в атмосфере под воздействием космических лучей. Японская исследовательская группа изучала, как бериллий-7 переносится из атмосферы на поверхность Земли. Их цель — лучше понять механизмы перемешивания атмосферы на Земле. Исследование опубликовано в Journal of Geophysical Research: Atmospheres 14 октября 2025 года.
«Мы стремились выяснить, где и какими атмосферными потоками радиоактивный изотоп бериллий-7, образующийся в стратосфере и верхней тропосфере, переносится на поверхность Земли. Для этого мы собирали ежедневные непрерывные данные в антарктическом регионе — этого раньше не делалось», — сказал Наохико Хирасава из Национального института полярных исследований, Исследовательской организации информации и систем.
Бериллий-7 — редкий изотоп, который образуется, когда высокоэнергетические космические лучи сталкиваются с атомами в атмосфере, в основном в нижней стратосфере и верхней тропосфере. Сразу после образования он присоединяется к близлежащим аэрозольным частицам, что позволяет ему переноситься через атмосферную циркуляцию. Высокие концентрации бериллия-7 в воздухе указывают на то, что воздух из стратосферы был перенесён вниз в тропосферу.
Исследуя атмосферную циркуляцию концентраций бериллия-7, исследователи могут лучше понять механизмы, которые управляют переносом воздуха из стратосферы через тропосферу на поверхность антарктического ледяного покрова.
Команда собирала наблюдения в течение трёх летних периодов с 2014 по 2018 год в рамках Японской антарктической исследовательской экспедиции. Они изучали географические характеристики концентраций бериллия-7 на высоких широтах в Индийском секторе Южного океана, включая две японские прибрежные станции.
Для сбора аэрозольных частиц использовался фильтр из стекловолокна, который улавливал частицы диаметром более 0,6 мкм. Эксперименты проводились на борту японского ледокола «Сирасе», используемого для антарктических экспедиций.
Цели исследования:
* описать пространственное распределение концентраций бериллия-7 в более широком районе антарктического региона, чем это делалось в прошлых исследованиях;
* изучить вариации концентраций бериллия-7 в связи с синоптической атмосферной циркуляцией;
* исследовать суточные вариации концентраций бериллия-7, связанные с катабатическими ветрами.
Катабатические ветры — это ветры, которые дуют вниз по склону антарктического ледяного покрова из-за силы тяжести. Команда надеется, что их результаты могут быть использованы для проверки моделей переноса бериллия-7.
«Наибольшей сложностью было обнаружение бериллия-7 при чрезвычайно низких концентрациях — результат короткой продолжительности отбора проб и большой задержки между сбором и измерением — с достаточной точностью для фиксации его изменчивости. По этой причине для каждого анализа фильтра требовалось от 8 до 12 часов», — сказал Хирасава.
Результаты показали, что вариации концентрации бериллия-7 были связаны с синоптическими возмущениями. Эти возмущения также переносят другие стратосферные материалы, такие как вулканический материал из тропосферы, на антарктический ледяной покров. Эти стратосферные материалы могут быть использованы в качестве климатических маркеров в ледяных кернах.
«Мы обнаружили, что бериллий-7 периодически переносится вниз, почти до поверхности, через складки тропопаузы, связанные с синоптическими системами низкого и высокого давления. Кроме того, существовал ещё один механизм, при котором катабатические ветры, дующие вниз по склону антарктического ледяного покрова, увлекали бериллий-7, присутствующий в средней тропосфере над ледяным покровом, и переносили его в прибрежные районы», — сказал Хирасава.
Команда отметила и другие результаты, помимо переноса бериллия-7. «В то время как бериллий-7 поступает из верхней тропосферы, другой радиоактивный изотоп, радон-222, выделяется с поверхности суши континентов через почву и породы. Выяснив процессы переноса этих двух веществ, мы стремимся углубить наше понимание механизмов перемешивания атмосферы на Земле», — сказал Хирасава.