Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Метеориты представляют собой протопланетный строительный материал и остатки разрушенных планет, которые некогда сформировались одновременно с Землей и остальной частью Солнечной системы. В отличие от земных пород, которые находятся в процессе постоянного изменения и перерождения в результате выветривания, эрозии, метаморфизма и плавления, большинство метеоритов не претерпели никаких трансформаций в космическом вакууме с момента образования Солнца и планет. Под их тонкой оболочкой, приобретенной в результате прохода через атмосферу или пребывания на поверхности Земли, скрывается нетронутый материал, несущий отпечаток самых ранних дней Солнечной системы.

Паттерсон предположил, что железные метеориты, содержащие свинец, но практически не содержащие уран, отражают первичный состав изотопов свинца, присутствовавший в зарождающейся Солнечной системе. А каменные метеориты, содержащие свинец и уран, позволяют более точно, чем любая земная порода, расcчитать среднее содержание этих элементов в современной земной коре (напоминающей хорошо перемешанный молочный коктейль). Подход Паттерсона состоял в том, чтобы измерить первичное и современное соотношения изотопов свинца, представленные в этих двух видах метеоритов, а затем повторить расчеты Холмса (рис. 5).

И снова в теории идея казалась простой, но на практике потребовала титанических усилий. Паттерсону понадобилось почти восемь лет, чтобы только собрать и проанализировать образцы метеоритов. Он столкнулся с неожиданными сложностями: ему никак не удавалось получить в достаточной степени согласующиеся результаты измерений изотопов свинца в дублирующих пробах, чтобы провести заслуживающие доверия расчеты. Тщательно изучив свой метод анализа на предмет возможных ошибок, он в конце концов понял причину проблемы: оказалось, что образцы метеоритов уже до проведения анализов загрязнялись свинцом, в больших количествах присутствующим в окружающей среде — в воздухе, на рабочих поверхностях и приборах, на одежде и коже исследователей. За эти восемь лет, работая в Калифорнийском технологическом институте и в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе, Паттерсон создал первую в мире «стерильную лабораторию» со сложной системой очистки воздуха и вентиляции (сегодня такие лаборатории являются неотъемлемым атрибутом многих научных и медицинских исследовательских учреждений). В 1956 г. он наконец-то получил цифру, которая по сей день остается общепризнанным возрастом Земли: 4,55 млрд ±70 млн лет [17] Patterson, C., 1956. Age of meteorites and the Earth. Geochimica et Cosmochimica Acta , 10, 230–277. doi:10.1016/0016–7037 (56) 90036–9 . (Теперь Дарвин может покоиться с миром!) Успешно завершив двухсотлетние поиски святого Грааля, которые велись геологами и физиками со времен Геттона, Паттерсон в возрасте 31 года оставил академическую науку и посвятил остаток своей жизни крестовому подходу за запрет использования свинца (об опасных нейротоксических свойствах которого к тому времени уже было известно) в красках, игрушках, жестяных банках для продуктов питания и бензине. Казалось бы, такое научное достижение, как определение возраста нашей планеты, более чем достойно Нобелевской премии, но геологии даже нет в списке номинаций. Незадолго до своей смерти в 1995 г. Паттерсон получил престижную Премию Тайлера за достижения в области охраны окружающей среды, но я считаю это недостаточным признанием для парнишки из небольшого городка в Айове, не побоявшегося противостоять таким гигантам, как Кельвин, Хаббл и крупные нефтяные компании.

После новаторских работ Нира, Холмса, Паттерсона и других ученых геохронология — научная дисциплина, занимающаяся определением возраста геологических материалов, — значительно расширила арсенал своих методов исследования, ранее включавший только уран-свинцовый анализ. В природе встречаются 92 элемента и тысячи их изотопов, большинство из которых радиоактивны (всего 254 из них стабильны). Но не все радиоактивные изотопы могут служить счетчиками геологического времени. Во-первых, период полураспада изотопа должен соответствовать продолжительности измеряемого времени. У многих же изотопов он составляет несколько дней или даже секунд, поэтому использовать их для измерения геологического времени — все равно что пытаться измерить Аляскинскую трассу 30-сантиметровой линейкой. Кроме того, вследствие экспоненциального характера процесса радиоактивности, когда за каждый период полураспада распадается половина материнского вещества, после 10 периодов полураспада в материале почти не останется материнских изотопов, независимо от того, сколько их было изначально (аналогично тому, как даже самый большой лист бумаги можно сложить пополам лишь определенное количество раз). Во-вторых, материнский изотоп должен присутствовать в датируемой породе или минерале в достаточно высокой концентрации, чтобы его можно было измерить, а также чтобы произвести измеримое количество дочернего изотопа. Конечно, понятие измеримости со временем меняется — по мере того, как прогресс в приборостроении позволяет обнаруживать элементы в минералах даже в очень низких концентрациях, измеряемых миллиардными и триллионными долями (ppb и ppt) {5} 5 Миллиардная доля — единица измерения концентрации и других относительных величин. Обозначается сокращенно млрд –1 , или ppb (англ. parts per billion — « частей на миллиард» ) = 0,0000001 % = 10 –9 . Приблизительно равна одной капле чернил в среднем бассейне. Триллионная доля — трлн –1 , или ppt (англ. parts per trillion — «частей на триллион») = 10 –12 . Приблизительно равна одной капле чернил в судоходном шлюзе, заполненном водой. Далее в книге автор использует также единицу измерения ppm — миллионная доля, млн –1 = 0,0001 % = 1 г/т. — Прим. ред . .