Извержение Везувия, уничтожившее Помпеи почти 2000 лет назад, стало мерилом для проверки геологических методов датировки. Учёные применили аргон-аргоновый метод к образцам пемзы и получили возраст 1938 ± 13 лет — отклонение всего на восемь лет от исторической даты 79 года н.э. Результат позволил уточнить скорость радиоактивного распада калия-40 в аргон-40, от которой зависит датировка пород возрастом вплоть до миллиардов лет.

Исследователи изучили восемь образцов санидина — минерала, богатого калием, из везувианской пемзы. Аргон-аргоновый анализ показал точность результата около 0,4%, а воспроизводимость измерений составила 0,7%. Столь близкое совпадение с исторической датой особенно важно тем, что образцы очень молодые. Обычно метод применяют к породам возрастом в миллионы и миллиарды лет, где накопилось достаточно радиогенного аргона. В 2000-летнем образце его крайне мало, поэтому результаты сильно зависят от чувствительности приборов и точного учёта посторонних изотопов.

Метод работает на основе естественного распада радиоактивного калия-40. Часть его атомов превращается в аргон-40, который скапливается внутри минерала после охлаждения породы. Перед измерением образец облучают нейтронами, превращая калий-39 в аргон-39, затем масс-спектрометр определяет соотношение изотопов аргона. По этому соотношению вычисляют, сколько времени прошло с момента охлаждения минерала.

За последние десятилетия масс-спектрометры значительно чувствительнее, нейтронное облучение улучшилось, а учёт посторонних изотопов стал точнее. Сам материал Везувия оказался подходящим: пемзу собрали в Оплонтисе, древнеримском городе рядом с Помпеями, также погребённом в 79 году. Образцы взяли из ранней стадии извержения, где находился особенно богатый калием материал. Три десятилетия они ждали повторного анализа на современном оборудовании.

Первую подобную проверку провели в 1997 году. Аргон-аргоновая датировка тогда дала результат всего с несколькими годами отклонения, но статистическая погрешность составляла около 94 лет. Авторы тогда предположили, что развитие техники позволит снизить погрешность ниже 1%. Новая работа это достигла.

Учёные уточнили и саму дату извержения. Плиний Младший указывал на 24 августа 79 года, но некоторые историки предлагали осеннюю дату. Одним из аргументов была монета из Помпей, которую первоначально отнесли к более позднему выпуску. Исследователи сравнили её с другими римскими монетами и пришли к выводу, что её изготовили вероятнее всего до сентября. В расчётах оставили запас неопределённости в два месяца.

Главный результат выходит за пределы Везувия. Историческая дата позволила уточнить период полураспада калия-40 при превращении в аргон-40: 12,044 ± 0,088 млрд лет. Эта оценка примерно вдвое точнее значения, полученного ранее методами ядерной физики.

Уточнение влияет на все аргон-аргоновые даты в геологической шкале времени. Даже небольшая поправка в скорости распада сдвигает рассчитанный возраст очень древних образцов. Команда уже использовала новую калибровку для согласования аргон-аргоновых и уран-свинцовых дат, а также дат, полученных по астрономическим циклам.

Более точная шкала времени критична при поиске причин крупных событий прошлого. Падение астероида, мощные извержения и массовые вымирания могут случаться почти одновременно по меркам десятков миллионов лет, но разница в несколько десятков тысяч лет меняет предполагаемую последовательность. Чем меньше погрешность датировки, тем точнее геологи определяют, что произошло раньше и насколько события были близки.

Аргон-аргоновый метод проверяет и другие способы датировки. Радиоуглеродная подходит для молодых органических материалов, уран-свинцовая позволяет исследовать минералы возрастом в миллиарды лет. Точно датированное извержение Везувия теперь служит контрольной точкой, связывающей историческую хронологию с геологической шкалой времени.