Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Кроме того, Нир увидел еще одну скрытую проблему: ни один, даже самый древний образец галенита не может отражать изначального состояния всей Земли в целом. Земля — не единый резервуар, где все смешивается в однородный общепланетарный геохимический коктейль. Как раз наоборот, ее структура с течением времени становилась все более неоднородной. Вскоре после своего рождения наша планета дифференцировалась на железо-никелевое ядро и каменную мантию, в которую перешла бóльшая часть остальных веществ, включая практически весь земной уран. С тех пор многократно повторяющийся процесс частичного плавления мантии с подъемом более легких пород на поверхность привел к образованию земной коры, которая оказалась гораздо богаче ураном, чем Земля в целом или ее мантия, подобно тому как более легкий молочный жир концентрируется в верхней части бутылки с молоком в виде сливок. Нир предположил, что, тогда как полученные им данные по изотопам свинца в целом соответствовали ожидаемой модели, некоторые из изученных образцов могли ассимилировать дополнительный радиогенный свинец (²⁰⁷Pb и ²⁰⁶Pb), образованный в результате распада «избыточного» урана в земной коре, и, таким образом, неточно отражали эволюцию изотопов свинца в масштабах всей планеты.

Артур Холмс, который к концу 1940-х гг. стал профессором геологии в Эдинбургском университете и переключил свое внимание на другие важные проблемы геологии (такие как движущие силы, стоящие за образованием гор), продолжал тем не менее пристально следить за работой Нира по определению возраста Земли. Его особенно заинтересовал один из изученных Ниром специфических образцов — галенит из очень древней толщи пород в Гренландии, имевший крайне низкие концентрации урана и низкие отношения изотопов свинца. Холмс, который отличался склонностью к широким умозаключениям и оценочным расчетам, оказался готов, в отличие от щепетильного Нира, сделать предположение, что соотношения свинцовых изотопов в этом гренландском галените могут быть очень близки к их изначальным соотношениям в недифференцированном веществе Земли. С теоретической точки зрения определить возраст Земли на основе этих данных представлялось несложным: нужно было всего лишь рассчитать, сколько понадобилось бы времени, чтобы изотопные отношения изменились с этого изначального стартового уровня до значений, обнаруживаемых в более молодых залежах галенита. Но на практике вычисления оказались настолько сложными, что Холмсу пришлось приобрести механическую счетную машину. Спустя месяцы трудоемких расчетов Холмс опубликовал свою оценку минимального возраста Земли: 3,35 млрд лет[15]. Наконец-то геологи могли успокоиться: у земной истории было изобилие времени.

Но эта временна́я оценка породила новый конфликт — на этот раз с астрофизиками. Согласно теории Большого взрыва и расширения Вселенной, получившей признание в научном сообществе с конца 1920-х гг. благодаря наблюдениям Эдвина Хаббла за красным смещением галактик, возраст Вселенной можно определить поразительно просто — почти элементарно по сравнению с выполненными Холмсом расчетами возраста Земли на основе изотопов свинца. Для этого требовалось построить график зависимости между скоростью (расстояние/время) удаления галактик и звезд от Земли и расстоянием до этих объектов. Наклон этой линии называется постоянная Хаббла, и величина, обратная этой постоянной, отражает время, прошедшее с начала расширения, т. е. возраст Вселенной. В 1946 г., когда Холмс объявил, что возраст Земли должен быть более 3 млрд лет, возраст Вселенной, по оценкам астрофизиков, составлял только 1,8 млрд лет[16].

Геохимики перехватывают инициативу

Это смущающее расхождение между геологическим и астрономическим временем оставалось неразрешенным почти целое десятилетие, пока астрофизики не уточнили свои оценки космологических расстояний и не открыли еще более удаленные галактики, что позволило им уменьшить общепринятое значение постоянной Хаббла и существенно увеличить возраст Вселенной. Между тем в 1948 г. талантливый аспирант Чикагского университета Клэр Паттерсон решил применить новый оригинальный подход к определению возраста Земли. К тому времени стало очевидно, что на Земле не сохранились первозданные породы, которые отражали бы изначальное состояние земной коры. Артур Холмс использовал соотношение свинцовых изотопов в древнем гренландском галените как лучшее из доступных приближений к изначальным значениям, но Паттерсон нашел более надежный источник информации — внеземные породы, т. е. метеориты.