Terni_Kosti_skalyi_i_zvezdyi._Nauka_o_tom_kogda_chto_proizoshlo.395719 - Крис Терни

Резерфорд проверил это предположение на прак­тике. Нагрев кусок минерала под названием торианит, он собрал выделившийся гелий и подсчитал, что дан­ный образец должен был сформироваться по мень­шей мере 500 млн лет назад. Теория Кельвина была разбита в пух и прах. А ведь Резерфорд взял не самый древний образец камня, так что возраст получился ми­нимальным.

Со временем физики установили целую серию различных элементов, образующихся при распаде урана, — так называемую «цепочку распада». Важно отметить, что единственным известным тогда изото­пом урана был 238U, чей период полураспада равнялся 4,5 млрд лет. Наконец у ученых появилась машина вре­мени, способная перенести их к заре времен. Геологи обрели способ определить возраст Земли.

¤

До сих пор я старался избегать научных определений изотопов — с непривычки они могут показаться тя­желоватыми. Однако теперь мы вплотную подошли к тому моменту, когда без них не обойтись, иначе будет непонятно, как все-таки определили возраст Земли. Дальше разные изотопы одних и тех же эле­ментов пойдут сплошным потоком, поэтому будьте внимательны, не перепутайте. Следите за верхними индексами перед всеми нашими U и Pb. А я постара­юсь свести их количество к минимуму.

В 1905 г. американский ученый Бертрам Болтвуд выяснил, что конечным продуктом цепочки распада урана является свинец. И у него возникла идея ново­го способа датировки горных пород. К 1906 г. Болтвуд раздобыл 26 образцов различных горных пород, ко­торые намеревался датировать ураново-свинцовым методом.

Метод основывается на том, что по мере прохожде­ния атомом цепочки распада радиоактивный распад принимает разные формы. Переход атомов из одной формы в другую сопровождается выбросом гелия, электронов или других форм энергии, и в конечном итоге появляется стабильный изотоп свинца — 206Pb. Исходя из того, что изначально, при кристаллизации минералов, в образцах свинец не содержался, Болтвуд, измерив соотношение между ураном и свинцом, под­считал, что данные куски породы образовались около 570 млн лет назад. Теперь минимальный возраст Зем­ли, определенный Резерфордом, уже не казался таким нелепым.

Доводить дело до конца — причем почти в одиноч­ку — и вычислять возраст Земли с помощью радиоак­тивных изотопов выпало британскому геологу Артуру Холмсу. Начиная с 1911 г. он работал над определе­нием возраста Земли и созданием временной шкалы для всех открытых учеными геологических рубежей, которые оставались без датировки. Возраст Земли по-прежнему мог оказаться абсолютно любым. И если измышления епископа Ашшера в расчет уже не бра­ли, то у Кельвина в некоторых кругах еще находились сторонники. К 1931 г. Холмс утверждал, что возраст Земли располагается где-то в промежутке от 1460 млн до 3000 млн лет.

К концу 1920-х Резерфорд обнаружил еще один, доселе неизвестный изотоп урана — 235U, дающий при распаде свою собственную стабильную разновид­ность свинца, 207Pb. Помимо него был открыт еще один изотоп свинца — 204Pb, не являвшийся, впрочем, про­дуктом распада урана. Его концентрация со времен об­разования Земли никак не изменилась. Что бы ни про­исходило с ураном, на количестве 204Pb это не отража­лось никак.

И тогда пришло осознание одного очень важного фактора. Поскольку период полураспада 235U составляет 704 млн лет, он распадается в шесть раз быстрее 238U. То есть в конечном итоге чем старше образец породы, тем выше изначальное содержание 235U и тем больше образуется 207Pb. Учитывая, что два разных изотопа урана образуют разные изотопы свинца, соотношение 207Pb к 206Pb тоже будет расти со временем. Поэтому для определения возраста уже не требовалось знать количество урана, достаточно было подсчитать соот­ношение разных изотопов свинца. В теории, разумеется. Все упиралось в необходимость выяснить из­начальное соотношение на момент формирования Земли, до того, как на их количество повлиял распад урана. Требовалась отправная точка — образец, не со­держащий уран.

Холмс взял образец из Гренландии. Предпола­галось, что содержащийся в нем свинец не является продуктом радиоактивного распада, и поэтому обра­зец отражает состояние Земли на момент формирова­ния. В 1946 г. Холмс определил минимальный возраст Земли как 3000 млн лет, но в 1947 г. скорректировал его до 3400 млн. Путем обратной проекции своих ре­зультатов во времени он вычислил, что распад урана начался 4500 млн лет назад, и установил тем самым верхний предел возраста планеты.

Однако уже после проделанного Холмсом гигант­ского труда стало известно, что на поверхности плане­ты ни один камень, даже из Гренландии, не отражает изначального состояния Земли. На ее поверхности происходят постоянные изменения, непрерывное раз­рушение и переработка горных пород. Гренландский образец Холмса выдал лишь минимальную границу возраста. По-прежнему требовался кусок камня, отражавший начальную стадию формирования Земли, но избежавший воздействия геологических процессов. К сожалению, найти такой на Земле не представлялось возможным.

В 1940-1950-х считалось, что вся наша Солнечная система формировались более или менее одновремен­но. Теперь мы знаем, что процесс этот был гораздо бо­лее сложным и занял десятки миллионов лет, однако пока для наших целей нас устроят такие представле­ния. Смысл в том, что железные метеориты, как самое примитивное вещество в Солнечной системе, должны были сформироваться в числе первых. Медленно за­стывая и превращаясь в знакомую нам сегодня Землю, наша планета подвергалась непрерывной бомбарди­ровке маленьких твердых небесных тел. Поскольку в железных метеоритах содержание урана стремится к нулю, рассуждали ученые, имеющийся в них свинец никак не может быть продуктом радиоактивного распада. А значит, по составу железных метеоритов мож­но вычислить то самое изначальное, исконное соот­ношение свинца, присутствовавшее в зарождающейся Солнечной системе — и в нашей планете.

К началу 1950-х американский геохимик Клэр Пат­терсон, работавший в Калифорнийском технологиче­ском институте, завершил исследование железного метеорита и определил средний состав свинца. В 1953 г. он пришел к выводу, что именно таким и было искон­ное соотношение, и, отталкиваясь от этих данных, получил возможность вычислить количество свинца, образовавшееся на Земле в результате уранового рас­пада и срок его образования. Верхний предел возраста Земли получился 4600 млн лет.

Считать ли этот возраст истинным? Несмотря на всю логичность предположения, что метеори­ты формировались в одно время с нашей планетой, в 1950-х бесспорных подтверждений на этот счет не су­ществовало. И в 1956 г. Паттерсон взялся доказать, что метеориты в исследованиях могут выступать в ка­честве представителей Земли. Он подверг анализу дру­гие типы метеоритов, содержащие уран. В результате ему удалось выявить соотношение между 207Pb/204Pb и 206Pb/204Pb. Количество 204Pb, не являющегося про­дуктом распада урана, оставалось неизменным. Поэ­тому соотношение изотопов в различных метеоритах со временем увеличивалось, в зависимости от изна­чального содержания в них урана. В совокупности эти соотношения выстраивались в одну четкую шкалу. Затем Паттерсон пришел к выводу, что соотношение изотопов свинца на дне океана должно отражать сред­ний состав по суше. Ведь океанское дно формируется из того, что приносят реки с подвергающихся эрозии континентов. Паттерсону удалось продемонстриро­вать, что шкала соотношений по океанским образцам совпадает со шкалой по метеоритам. Все они образо­вались примерно в одно и то же время. Так было окон­чательно доказано, что метеориты и Земля — ровес­ники.

Возраст 4600 млн лет, полученный после привлече­ния внеземных источников, кажется вполне похожим на правду. Прав был шотландский геолог Джеймс Хат­тон — шкала времени уходит в бесконечность.

Эпилог

Время креационизма прошло

Часы остановились в темноте.

Томас Стернз Элиот (1888-1965)

В начале книги я выражал озабоченность тем, что на­ука не получает достаточного освещения. Меня всерь­ез пугает, что обществу невдомек, откуда берутся на­учные достижения и плоды знаний, которыми оно пользуется. И я по-прежнему считаю эту проблему существенной. Люди часто стонут, что научное из­ложение для них «слишком заумно», «слишком непо­нятно». И очень жаль. Наука — это безумно интерес­но, и я надеялся посредством этой книги поделиться с вами своим восторгом. У науки в запасе много тако­го, что помогло бы улучшить качество жизни на ле­тающем в космосе каменном шарике под названием Земля. И необходимость в этом ощущается как нельзя более остро.

Наша планета стоит на пороге величайших испы­таний. Количество вымирающих видов, по послед­ним оценкам, пугающе огромно. Ежегодно от 25 000 до 50 000 видов пропадают с лица Земли навеки — многие из них даже не описаны должным образом. Трагические масштабы поневоле заставляют вспом­нить о великих вымираниях древности, которые мы уже рассматривали. А если еще добавить перспективу катастрофических изменений климата, времена нам предстоят суровые.