Карл Циммер - Эволюция - Триумф идеи

«Я вошел в полутемную комнату и сразу же заметил в аудитории лорда Кельвина — и понял, что мне гарантированы проблемы в последней части доклада, где речь идет о возрасте Земли и где мои взгляды расходятся с его взглядами. К моему облегчению, Кельвин быстро заснул, но когда я дошел до важной части, то увидел, что старый волк выпрямился, приоткрыл один глаз и устремил на меня злобный взгляд! Внезапно на меня накатило вдохновение, и я сказал, что лорд Кельвин определил верхний предел возраста Земли на тот случай, если не будет обнаружено дополнительного источника тепла. Это пророческое заявление касается того, что мы сегодня обсуждаем, радия! И что же! Старик буквально расцвел!»

Может быть, Резерфорд запомнил этот день именно таким, но сам Кельвин никогда публично не признавал ошибочности своих старых оценок. Два года спустя после лондонской лекции Резерфорда он все еще писал письма в лондонскую Times и уверял, что внутри Земли недостаточно радиоактивности, чтобы разогревать ее.

Резерфорд понял, что радиоактивность не только указывает на большой возраст Земли, но и позволяет определить этот возраст. Любой уран, оказавшийся внутри остывающей породы, должен постепенно превращаться в свинец. А поскольку период полураспада урана ученым известен с большой точностью, то, измерив относительное содержание свища и урана в породе, можно без труда определить ее возраст.

Вскоре при помощи этого метода геологи уже оценивали возраст конкретных горных пород не в миллионы, а в миллиарды лет. Позже ученые придумали способ сделать Резерфордовы часы еще более точными. Вместо того чтобы измерять содержание свинца и урана в какой-то одной точке, стали проводить несколько измерений на разных участках породы. Это позволяло сравнивать те участки породы, где изначально урана было очень мало, с теми, где его было много. Если уран по всей толще минерала разлагался с одинаковой скоростью, все образцы должны указывать один и тот же возраст. Во многих случаях так и происходит.

Геологи научились также измерять время по двум часам одновременно. Помимо урана-238, в некоторых минералах содержится вдобавок уран-235, который при распаде образует другой изотоп свинца — свинец-207. Кроме того, у урана-235 другой период полураспада — всего 704 млн лет. Используя два независимых теста для определения возраста одной и той же породы, геологи часто могут еще больше повысить точность измерения.

Кроме того, можно исключить сомнения по поводу того, не попал ли в породу уран или свинец уже после ее формирования. Так, при образовании некоторых типов горных пород атомы циркония и кислорода объединяются в кристаллическое вещество, известное как циркон. Кристаллы циркона похожи на микроскопические ловушки: любым атомам урана или свинца, оказавшимся внутри циркона, очень трудно убежать оттуда, и к ним практически не проникают извне новые атомы. Поэтому уран в цирконовой клетке медленно распадается без всякого внешнего вмешательства. Геофизики определили возраст скал Акасты в 4,04 млрд лет именно таким способом: путем исследования содержащихся в них цирконовых кристаллов. Они направляли на кристалл поток заряженных частиц и определяли изотопный состав выбиваемой пыли. Благодаря всевозможным тестам и сочетанию различных методов ученые смогли оценить возраст скальных пород с погрешностью всего лишь 12 млн лет. Конечно, для нас 12 млн лет — это уйма времени, но для скал Акасты это означает ошибку в определении возраста менее чем в 0,3%.

Скалы Акасты — древнейшие известные горные породы на нашей планете, но и они сформировались тогда, когда Земле было уже 500 млн лет. Для определения ее подлинного возраста геологам потребовался дар небес. В 1940-х гг. геологи начали изучать содержание изотопов свинца в метеоритах. Большинство метеоритов представляют собой куски космического хлама, оставшегося со времен образования Солнечной системы. В 1953 г. геолог из Калифорнийского технологического института Клэр Паттерсон измерила содержание свинца и урана в метеорите, оставившем после удара о Землю кратер шириной 1,2 км в Аризоне. Оказалось, что в нем практически не осталось урана, потому что почти все его атомы успели превратиться в свинец. Этот метеорит сформировался на заре Солнечной системы и с тех пор летал вокруг Солнца практически в неизменном виде.

Метеориты и наша планета сформировались из одного и того же изначального вещества, но в результате соотношение различных элементов (в том числе урана и свинца) в каждом из них оказалось различным. Сравнив количество изотопов урана и свинца в земных породах и в метеоритах, таких как метеорит из Аризонского кратера, Паттерсон определила возраст Земли — 4,55 млрд лет.