Феликс Зигель - Вам, земляне

Присутствие радиоактивных веществ — убедительнейшее доказательство конечности возраста Земли. Их наличие также позволяет довольно точно датировать многие важные явления ранней истории Земли.

О возрасте человека можно судить по его лицу, фигуре, осанке, о возрасте дерева — по его толщине и высоте. Но как узнать возраст камня? Или еще более трудный вопрос: сколько лег нашей планете? Когда начала она существовать как космическое тело?

В библии сказано, что Земля существует всего несколько тысячелетий. Древние персы были щедрее: по их мнению, Земля возникла 12 000 лет назад. Еще уважительнее относились к Земле древневавилонские жрецы — они считали, что ей 2 млн. лет. Но все эти цифры имели столь же малое отношение к реальному возрасту нашей планеты, как и представления древних религий о мире к современному научному мировоззрению.

Зарождение научной геохронологии датируют обычно самым концом XVIII века, когда английский геолог Смит в 1799 г. обнаружил, что в слоях одинакового возраста всегда содержатся ископаемые одних и тех же видов. Более того, он показал, что остатки древних животных и растений размещены (с увеличением глубины) в одном и том же порядке, хотя поиски их производились в разных местах, расстояния между которыми были очень большие.

Так родилась историческая геология, а вместе с ней и первые гипотезы об эволюции органического мира Земли. Стала очевидной изменчивость Земли во времени, а значит, возникла задача: определить возраст Земли и наметить хотя бы в самых общих чертах поступательный ход эволюции всей нашей планеты. Задача оказалась нелегкой. Лишь век спустя знаменитый соотечественник Смита лорд Кельвин выступил со статьей, в которой утверждал, что возраст Земли близок к 25 млн. лег.

Кельвин предполагал, что первоначально вся Земля была в огненно-жидком, расплавленном состоянии. Считая, что тепло, идущее к поверхности Земли из ее недр, есть остаточный первичный жар Земли, он подсчитал, за какое время могла образоваться и остыть до современной температуры твердая земная кора. Так и получились те 25 млн. лет, которые какое-то, правда непродолжительное, время считались «официальным» возрастом нашей планеты.

Когда Кельвин производил эти расчеты, уже была открыта радиоактивность, а в 1906 г. другой известный английский физик лорд Релей доказал, что радиоактивные элементы широко представлены в горных породах и не учитывать тепло, выделяющееся при их распаде, нельзя. Отсюда следовало, что подсчеты Кельвина неверны, и возраст Земли, установленный им, занижен. Так наука пришла к использованию естественных «радиоактивных часов», во множестве рассеянных в некоторых породах земной коры.

Следует напомнить, что тяжелые химические элементы таблицы Менделеева способны самопроизвольно распадаться, выделяя при этом альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи. Первые представляют собой ядра атомов гелия, каждое из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Бета-лучи — это потоки электронов. Что же касается гамма-лучей, то это действительно настоящие лучи — электромагнитное излучение с очень малой длиной волны и очень энергичное. За счет гамма-лучей радиоактивные элементы при распаде нагревают окружающие их породы. Это и есть первоисточник радиоактивного нагрева, играющего громадную роль в эволюции Земли.

При радиоактивном распаде уменьшается первоначальная масса элемента и изменяется заряд его ядра. Следовательно, радиоактивный элемент становится неузнаваемым, в полном смысле слова другим. Так, уран с относительной атомной массой 238 (уран-238) при распаде превращается в свинец с относительной атомной массой 206.

Радиоактивный распад происходит, как говорят, по экспоненте— так именуют график показательной функции. Аналитически закон радиоактивного распада может быть представлен формулой m=m 0e -kt , где m 0 — первоначальная масса распадающегося элемента; m — его масса в данный момент времени t; k — коэффициент, зависящий от свойств данного элемента; е — неперово число, приближенно равное 2,718.

Период полного распада любого радиоактивного элемента равен… вечности! Иначе говоря, распад никогда не завершается, темп его, сначала очень быстрый, постепенно замедляется и в конце концов становится неощутимо малым. Вот почему имеет смысл говорить не о периоде распада, а о периоде полураспада Т какого-нибудь радиоактивного элемента, т. е. о промежутке времени, за который распадется половина первоначального количества данного радиоактивного вещества. Нетрудно сообразить, что Т = ln 2/k , где ln 2 = 0,693.