М. Субботин - Происхождение и возраст Земли

Лишь после открытия явлений радиоактивности стали возможны действительно надёжные определения возраста Земли. Сущность этих явлений заключается в том, что атомы некоторых химических элементов (получивших название радиоактивных) находятся в неустойчивом состоянии и распадаются, переходя в атомы других элементов. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не получатся устойчивые атомы, образующие элементы, уже не обладающие свойством радиоактивности. Так, например, уран, для которого впервые было открыто (в 1896 г.) это явление распада атомов, переходит сначала в радий (открыт супругами Кюри в 1898 г.) и в гелий — очень лёгкий газ, впервые открытый на Солнце, а затем и найденный на Земле. Гелий дальнейшим изменениям не подвергается. Радий же, в свою очередь, является радиоактивным элементом, и его атомы продолжают распадаться, пока, наконец, не получатся атомы свинца. Распад атомов радия происходит значительно быстрее, нежели атомов урана. Через 1 500 лет грамм радия превращается в полграмма радия и почти полграмма свинца. Таким образом, конечными продуктами превращения урана являются свинец и гелий. Свинец, образовавшийся из урана, обладает теми же химическими свойствами, что и обычный свинец, но имеет слегка другой атомный вес (206,0 вместо 207,1). Это и даёт возможность отличить его от свинца иного происхождения.

Процесс превращения урана в свинец и гелий происходит крайне медленно. Если мы возьмём килограмм урана, то через 66 миллионов лет один процент, т. е. всего 10 граммов, урана превратится в 8,65 грамма свинца и 1,35 грамма гелия. В течение следующих 66 миллионов лет один процент оставшегося урана, т. е. 9,9 грамма, превратится в 8,564 грамма свинца и 1,336 грамма гелия. В следующие 66 миллионов лет один процент оставшегося урана, т. е. 9,801 грамма, в свою очередь, превратится в 8,478 грамма свинца и 1,323 грамма гелия, и т. д.

Самым замечательным является то, что скорость этого процесса, т. е. скорость распада атомов радиоактивных веществ, не зависит от тех условий, в которых вещество находится. Соответствующие опыты показали, что как при температурах, близких к абсолютному нулю (-273° по Цельсию), так и при температурах в несколько тысяч градусов распад атомов происходит одинаково быстро. Точно так же на быстроту распада атомов не влияет и повышение давления до десятков тысяч атмосфер.

Таким образом, определив в какой-либо горной породе количество свинца, образовавшегося из урана, мы можем высчитать возраст этой породы, т. е. число лет, протекших с того момента, когда она застыла. Такой способ годится, конечно, только для определения возраста твёрдого вещества, так как в жидком и газообразном состоянии свинец, получающийся от распада урана, может покидать место своего образования.

Этот способ определения возраста дал для более молодых горных пород, образующих верхние слои Земли, результаты, прекрасно согласующиеся с теми оценками их относительного возраста, которые делали геологи, исходя совсем из других соображений. Применяя этот способ к самым древним породам, получили для их возраста числа от 1 500 до 3 500 миллионов лет. Мы можем, следовательно, утверждать, что твёрдая оболочка Земли образовалась около трёх миллиардов лет тому назад.

Изучение явлений радиоактивности ещё только начинается. Но мы уже знаем, какую важную роль эти явления играют в природе. Превращение одних химических элементов в другие, сопровождаемое огромным выделением энергии, является одним из основных мировых процессов. Этот процесс даёт то огромное количество света и тепла, которое испускается Солнцем и звёздами на протяжении многих миллиардов лет. Роль радиоактивных веществ в жизни нашей Земли только ещё начинает выясняться, но не подлежит сомнению, что она очень велика.

Во всяком случае, в явлениях радиоактивности, так широко распространённых в природе, что нет уголка Земли, где бы мы не могли открыть следов распадающихся атомов, уже найдены превосходные часы для измерения прошлого.

На предыдущих страницах было рассказано, как в различные эпохи люди подходили к решению вопроса о происхождении Земли. Теперь нам остаётся ещё сделать несколько заключительных замечаний, необходимых для того, чтобы правильно оценить достигнутые результаты и вполне уяснить себе, чего мы можем ожидать от науки в будущем.

Прежде всего, надо отдать себе отчёт в том, какую небольшую часть своей жизни прожило человечество и как молода ещё наука. Это можно сделать при помощи следующего расчёта.