По холодным следам

Геологи очень обрадовались. Наконец-то найден основной источник энергии Земли, главная сила, направляющая течение геологических процессов!

Но радость была преждевременной. Позже выяснилось, что значение радиоактивности в жизни Земли было сильно преувеличено. Сказалась излишняя увлеченность новыми идеями.

Значительно счастливее сложилась судьба других идей радиогеологии, связанных с измерением геологического времени в годах, или, говоря иначе, с абсолютной геохронологией.

Радиоактивные минералы оказались превосходными часами. Распад этих минералов («ход часов») идет непрерывно. На него не влияют как будто физические и химические воздействия извне. Чем не идеальные часы! Единственная сложность: радиоактивные часики ничтожно малы, порою и в микроскоп неразличимы. Узнавая по ним время, приходится проделывать исключительно сложные лабораторные исследования и непростые расчеты.

Геофизическая техника за последние десятки лет развивается так быстро (как и вся техника вообще), что замеры времени по «радиоактивным часам» давно перестали удивлять даже неспециалистов.

Суть этих измерений вы, наверное, знаете. Если распадаются атомы какого-то элемента, накапливаются продукты распада. Чем больше их, тем больше распалось атомов. Зная скорость распада (она постоянна, зависит лишь от строения атома) и измерив количество продуктов распада, можно подсчитать, за какой срок они накопились.

Предположим, некогда остыла и затвердела вулканическая лава, содержащая кристаллики радиоактивных минералов. Кристаллики будут распадаться, а продукты распада — накапливаться в окружающих кристаллах. «Часы» пущены в ход.

Правда, дело осложняется тем, что продукты распада подчас просачиваются из минерала. Тогда определяемый возраст будет занижен. А если в минерале и без того содержались те элементы, которые образуются при распаде, то измерения возраста дадут завышенное значение.

Радиоактивный распад атомов разных химических элементов идет с различной скоростью. То есть каждые «радиоактивные часы» идут по-своему. Показатель их хода — период полураспада: то время, за которое распадается половина всех атомов этого радиоактивного элемента.

Например, период полураспада изотопа рубидия-87 равен пятидесяти миллиардам лет. За всю жизнь Земли (около пяти миллиардов лет) распалось всего лишь пять процентов содержащегося в ней рубидия-87. Эти «часы» идут слишком медленно.

Есть другие изотопы, распад которых происходит в несколько дней или часов. Для измерения геологического времени такие скорости слишком велики.

Геофизики ищут для пород, образовавшихся в разное время, наиболее подходящие «радиоактивные часы». Для геологов-четвертичников пришлось подбирать специальные часы — изотопные. Они основаны на измерении содержания радиоактивных изотопов углерода-14.

Этот изотоп образуется в атмосфере из азота. Под ударами космических лучей разрушаются ядра некоторых элементов. Осколки ядер — нейтроны и протоны. Нейтроны, попадая в ядра азота, превращают их в ядра углерода-14.

В атмосфере весь углерод вовлекается в химические реакции. В большом количестве он поглощается и выделяется живыми организмами. Часть углерода захороняется в осадках, погружается в землю (например, вместе с остатками растений). Теперь это — часы. Количество углерода-14 в них будет убывать по закону радиоактивного распада.

В растениях, оставшихся на поверхности Земли, количество этого изотопа по-прежнему будет постоянным. Потому что здесь углерод все время обновляется под действием нейтронов (под землю они не проникают).

Значит, если мы сравним содержание углерода-14 в погребной древесине и в ныне живущих деревьях, можем узнать, как долго пролежала древесина в земле. Чем дольше, тем меньше в ней будет содержаться углерода-14.

Такой метод дает неплохие результаты, когда измеряемый отрезок времени несколько тысячелетий. Потому что период полураспада изотопа пять тысяч семьсот лет. Выходит, «часы» эти с довольно быстрым «ходом».

Историкам известны даты некоторых событий, происшедших несколько тысячелетий назад. Например, дата смерти египетского фараона Сезостриса III. Найдено было похоронное судно фараона. Кусок его палубы исследовали на содержание изотопа-14. Получился возраст 3700±400 лет, согласующийся с данными историков.

Неоднократные проверки такого рода убедительно доказали точность и надежность этих «радиоактивных часов». Единственный их недостаток — невозможность без грубых ошибок измерять возрасты более сорока тысячелетий. Слишком уж мало тогда остается в образце углерода-14.

Большое преимущество этих «часов»: углерод содержится в веществах, связанных с деятельностью живых организмов и технической деятельностью людей (в торфе, раковинах, древесине, костях, угле, деревянных и костяных орудиях). Благодаря этим часам удалось проследить как бы в едином потоке времени историю последнего великого оледенения Земли, закончившегося около десяти тысяч лет назад.

Особенно популярны радиоуглеродные измерения в Америке. С их помощью хорошо изучены этапы последнего висконсинского оледенения. Например, возраст обломка ели в морене южной Дакоты (глубина 8 м) — двенадцать тысяч лет; раковин моллюсков в предледниковой толще песков — около сорока тысяч лет.

Геофизикам известны еще некоторые «радиоактивные часы», пригодные для четвертичников. Период полураспада урана-234 — двести пятьдесят тысяч лет, а тория-230 — семьдесят пять тысяч лет. Прекрасные часы! Одна беда: слишком редки эти элементы.

Радиогеологи изобрели не только необычайные часы, но и необычайные градусники. Ими можно измерять температуру морей и океанов… бывшую тысячи и миллионы лет назад! Даже температуру тех морей и лиманов, которых и в помине нет. Снова помогли ученым изотопы.

Живые организмы различают изотопы: кислород-18 и кислород-16. Почему и как — неясно. Но различают.

В любом организме отношения кислорода-18 к кислороду-16 постоянно. Его можно определить, используя, например, раковины, содержащие известь.

Еще более удивительный факт: содержание изотопов в морских организмах зависит от температуры воды. Чем холоднее вода, тем охотнее живые существа усваивают кислород-18.

Температура океана (средняя линия — 25 градусов) за последние 300 тысяч лет (сверху вниз — от современности в прошлое).

Если температура воды падает на один градус Цельсия, то в раковинах начинает накапливаться на две сотых процента больше кислорода-18, чем кислорода-16. Измерив содержание в раковине двух этих изотопов, можно судить о былой температуре воды, в которой раковина жила.

Геологи пробурили с корабля скважины в морском дне Атлантики. Здесь в осадках много раковин. В них измеряли отношение изотопов. Оказалось, что в северной части океана обогащение кислородом-18 достигло одной десятой доли процента. Значит, температура воды в Северной Атлантике некогда снижалась на шесть — восемь градусов.

Исследования были продолжены и расширены. Теперь определялось в образцах со дна моря не только отношение изотопов кислорода («геологический термометр»), но и содержание углерода-14 («геологические часы»). Удалось выяснить, как колебалась температура атлантических вод за последние десятки тысячелетий.

В общем, эти данные совпадали с материалами, накопленными при изучении суши. Оледенения, конечно, существенно влияли на температуру воды в океане. Во время оледенений она заметно падала.

Казалось бы, прекрасное согласие данных двух независимых исследований.

Что может быть лучше?

Но тут снова подали свой голос научные «скептики» и «перестраховщики». В нашей обыденной жизни мы недолюбливаем таких людей.

Однако научные скептики не позволяют успокоиться на достигнутом, а научные перестраховщики заставляют постоянно контролировать и уточнять результаты исследований.