伯克利地质年代学中心、加州大学伯克利分校和意大利帕多瓦大学的研究人员目前在《科学进展》（Science Advances）上报告称，这一历史基准帮助他们显著提高了氩-氩测年法的精度。通过以推断的公元79年8月24日喷发日期对该方法进行校准，他们进一步巩固了这一作为确定岩石和火山事件年龄最广泛使用的工具之一的地位。
这一进展可以帮助地质学家、古生物学家和考古学家为地球过去的事件确定更可靠的年代。这包括那些持续对墨西哥城、那不勒斯和印度尼西亚日惹周围人口稠密地区构成威胁的火山喷发。改进的校准方法还可以帮助研究人员验证其他测年技术，包括有机材料的碳-14测年法和地球历史早期数十亿年前形成的岩石的铀-铅测年法。
火山历史更精确的时钟
“如果你想梳理一座火山相对近期的喷发历史，精度和准确度至关重要，”研究负责人、加州大学伯克利分校地球与行星科学驻校教授兼独立的伯克利地质年代学中心主任保罗·雷内（Paul Renne）表示。“这项研究表明，你可以在历史范畴内实现这种极具实用价值的精度和准确度。”
准确度描述的是测量值与正确值的接近程度，而精度反映的是该测量结果能够被一致重现的程度。为了测试重新校准的方法，研究人员检查了来自维苏威火山的8个透长石（一种含钾火山矿物）样本。
氩-氩测量结果将该喷发时间定于2025年分析这些矿物之前的1,938 ±13年。根据小普林尼（Pliny the Younger）著作中保存的历史证据，这些矿物的实际年龄为1,946年。这相当于0.7%的精度和0.4%的准确度。
“这使我们能够更精确地推断地质记录中事件之间的因果关系，例如陨石撞击构造与物种大灭绝，”雷内说。
大约十年前，雷内利用氩-氩测年法确定了一次陨石撞击、印度大规模火山喷发和恐龙灭绝的精确年龄。这三个事件都发生在约6600万年前，时间跨度仅为几万年。这些测量结果支持了这样一种观点，即小行星撞击加剧了火山活动，形成了双重打击，导致了所有非鸟类恐龙的灭绝。
普林尼的日期帮助完善放射性时钟
研究生卡罗琳·哈斯勒（Caroline Hasler）还仔细检查了维苏威火山喷发周围的历史记录。她的工作使团队能够将归功于小普林尼的8月24日这一日期的误差范围验证在两个月之内。
这一历史约束条件帮助研究人员改进了对控制钾-40衰变为氩-40的半衰期的测量，这一衰变过程是氩-氩测年法的基础。修正后的半衰期为120.44亿年，误差正负0.88亿年，使其精度比早期从核物理学推导出的数值提高了一倍。
来自奥普隆蒂斯的浮岩提供更好的样本
雷内和他的同事此前已经利用公元79年喷发产生的浮岩中的透长石来测试氩-氩测年法。在1997年的分析之后，他们预测未来的工作可以将不确定性降低到1%以下。
借助改进的浮岩样本、更先进的质谱仪和更新的中子辐照方法，他们现在已经实现了这一目标。
氩-氩测年法基于火山岩中钾-40自然放射性衰变为氩-40的原理。在喷发发生之前，矿物中通常不存在氩-40。研究人员将岩石样本暴露于中子中，将非放射性钾同位素钾-39转化为氩-39。然后他们测量氩-40和氩-39的相对含量。氩-40的比例越大，表明样本越古老。
1998年，帕多瓦大学的合著者安德里亚·马佐利（Andrea Marzoli）从奥普隆蒂斯（另一个被喷发掩埋的罗马定居点）收集了新的浮岩。这些样本比以前使用的样本含有更多的钾，并且来自喷发最早阶段释放的物质。
为什么最早的浮岩很重要
维苏威火山等成层火山下方的岩浆可以分层。铁和镁倾向于集中在岩浆房的底部，而钾等更易溶的元素则保持在更接近顶部的位置。
由于这种结构，富含钾的岩浆通常是喷发期间最先喷出的物质之一。因此，它沉积在由此产生的火山灰和浮岩沉积物的底部附近。马佐利的样本来自这些较底部的沉积物，使其对氩-氩测年法具有特别的价值。
尽管具有潜力，但这些样本被放置在库房中，几十年未进行分析。几年前，研究生哈斯勒、安东尼·富恩特斯（Anthony Fuentes）和安迪·托尔特（Andy Tholt）与雷内实验室的博士后研究员杰克·卡特（Jack Carter）合作，提议重新研究马佐利近30年前的材料，看看是否能改进1997年的测量结果。
研究人员此前已经发表了旨在调和氩-氩测年法和铀-铅测年法的工作，这两种方法是确定岩石年龄最广泛使用的方法。实现氩-氩测年法更精确的校准是这一更大努力的重要组成部分。
“他们提出了一种贝叶斯方案——于2025年发表——来对我们拥有的这两种最重要的地质年代计进行交叉校准，这些年来它们一直没有给我们提供一致的结果，”雷内说。
1997年的维苏威火山测量结果被包含在早期的校准中，但其不确定性足够大，以至于对最终结果的影响相对较小。新完善的维苏威火山测量结果具有更大的权重。
“这实际上是更好的样本、仪器优势和更协同努力的结合。所有这些因素汇聚在一起，”雷内补充道。他将分析策略和数据分析方面的主要贡献归功于合著者比尔·卡萨塔（Bill Cassata）。
重新审视维苏威火山喷发的日期
在团队能够将这次喷发作为可靠的基准之前，哈斯勒需要解决关于维苏威火山确切喷发时间的长期分歧。
一些历史学家提出，喷发发生在公元79年秋季晚些时候。他们的论点部分基于从庞贝回收的一枚硬币，他们认为这枚硬币只能在9月铸造。
哈斯勒将那枚硬币与同一时期的其他罗马硬币进行了比较，得出结论认为它可能是在9月之前铸造的。尽管如此，研究人员还是允许喷发日期存在两个月的误差范围。这种不确定性对测年技术本身的校准影响不大，但在确定钾-40的半衰期时却很重要。
连接地球的不同测年方法
雷内表示，氩-氩测年法准确度和精度的提高也应使其在校准放射性碳测年法方面特别有用。放射性碳测年法是确定木材等有机材料年龄的主要技术，适用于年龄小于约55,000年的材料。
“我们希望通过使用相同的数学方法、相同的贝叶斯方法，并将更多数据、更多原始观测结果纳入其中，来真正统一尽可能多的地质测年方法，”他说。“但氩-氩测年法将始终是一个标准——在这个意义上，它将是一个重要的校准物。”
雷内说，除了改进氩-氩测年法的校准外，这些发现还为该技术能多准确地确定相对近期火山喷发的年龄确立了新基准。结果表明，对于有记录历史内发生的事件，氩-氩测年法现在可以达到十年级别的准确度。
这项工作由美国国家科学基金会（2102788, 2030393）、安与戈登·盖蒂基金会以及伯克利地质年代学中心资助。