Климатические циклы Камчатки с точностью в один год определили ученые с помощью синхротронного излучения
- 08.10.2026
Ученые Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН (ИГМ СО РАН) и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) проанализировали донные отложения озера Чаша, находящегося на юге Камчатки, с помощью синхротронного излучения (СИ). По содержанию брома в пробах специалисты определили периоды изменчивости температуры в вегетационный период (май-сентябрь) в регионе более чем за тысячу лет. Результаты показывают, что крупномасштабная климатическая динамика северной части Тихого океана оказывала существенное влияние на изменчивость температуры в вегетационный период на Камчатке. Спектральный анализ временного ряда данных по брому выявил значимые периодичности примерно в 88 лет и в диапазоне 3 – 4 лет. Концентрацию брома измеряли методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии с синхротронным излучением (SR‑XRF) в Центре коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцевого излучения» (ЦКП «СЦСТИ») ИЯФ СО РАН. Результаты опубликованы в журнале Quaternary Science Reviews.
Озеро Чаша. Фото предоставлено А. Дарьиным.
Один из способов восстановления климата прошлого состоит в изучении элементного состава донных отложений озер. Водоемы для такого рода исследований отбираются специальным образом. Например, на Камчатке геологов привлекали пресные озера небольших размеров с глубинами 20-30 метров, не подверженные техногенным загрязнениям и имеющими хорошую сохранность.
«Донные отложения (морские или озерные) – это климатический архив, – прокомментировал старший научный сотрудник ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Андрей Дарьин. – Состав материала, формирующего донные отложения, зависит от погодно-климатических факторов: на дне водоемов осадок накапливается слой за слоем, как страницы книги. На каждой странице написано сколько песка и пыли смыто с поверхности водосбора, сколько пыльцы растений попало в водоем, сколько растительности или животных выросло и умерло в воде и т.д. Исследователи “читают” эту книгу как умеют и пытаются смоделировать исходные внешние условия. Мы работаем с СИ – направляя пучок синхротронного излучения на материал керна (проб) донных осадков от верхушки (современность) в глубину (прошлое), мы получаем информацию об элементном составе донных осадков, год за годом уходя в прошлое».
По словам Андрея Дарьина, материал донных осадков меняется в зависимости от внешних условий. Например, если в пробах донных отложений много титана, галия или рубидия, но при этом мало брома, значит менялись температура и влага. Если много кальция и стронция, значит менялась соленость водоема. «Очень важно чтобы в исследование попала верхняя часть керна, содержащая материал современности – последних десятилетий. Определив скорость осадконакопления, можно оценить возраст каждого слоя осадка и сопоставить его элементный состав с данными инструментальных метеонаблюдений с ближайшей метеостанции», – пояснил он.
Сильную корреляцию с региональной температурой воздуха имеет содержание брома в донных отложениях. Определить количество брома в пробах довольно сложно, но возможно благодаря методу РФА-СИ. Эксперименты по изучению донных отложений озера Чаша проходили на станции «Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ» (ЦКП «СЦСТИ») ИЯФ СО РАН.
«Бром является индикатором органических веществ, которые выпадают в осадок исследуемого водоема с мая по сентябрь, – добавил научный сотрудник ИЯФ СО РАН Федор Дарьин. – Но концентрации брома достаточно низкие, около 10 грамм на тонну, соответственно, методов, которые могли бы их определить, немного. РФА с возбуждением синхротронным излучением позволяет исследовать содержание элементов с относительными концентрациями от единиц процентов до миллионных долей. Метод является неразрушающим и довольно быстрым. На станции СЦСТИ ширина пучка позволяет сканировать довольно длинные керны в экспресс-режиме: за сорок минут мы можем провести анализ керна длиной 17 см. Шаг сканирования от 100 микрометров до 2 миллиметров».
Полученные физиками методом РФА-СИ данные геологи сопоставляют с данными метеорологических служб.
«Здесь уже работает несложная математика – уравнения множественной регрессии устанавливают связь элементного состава датированного слоя донных осадков с инструментальными метеоданными, – добавил Андрей Дарьин. – Аппроксимируя найденную зависимость на всю глубину керна, мы получаем количественную реконструкцию искомого климатического параметра – чаще всего среднегодовую температуру воздуха. Мы показали, что концентрация брома в донных отложениях озера Чаша в значительной степени коррелирует с температурой воздуха в вегетационный (с мая по сентябрь) период на Камчатке. В данной работе временной интервал, который мы изучили по керну, составил 1200 лет. Важным достоинством использованного аналитического метода (РФА-СИ) является его высокая разрешающая способность. Поэтому мы получили временной ряд изменения содержания брома, то есть фактически изменение температуры воздуха региона, с годовым шагом. Годовое временное разрешение полученных результатов дало нам возможность найти природные климатические циклы, определить их периодичность и связать климатические изменения с внешними факторами – солнечной активностью, Тихоокеанской декадной осцилляцией и эффектом Эль-Ниньо. Чем точнее и детальнее мы листаем “страницы” климатического архива, тем больше возможностей найти природные цикличности климатических изменений и, соответственно, получить прогнозы изменения климата в ближайшие десятилетия. Донные отложения – это реальная машина времени, которая дает нам математически точные данные о поведении климата в будущем».