Путешествие в страну РАИ

Церковники считали, что образование Земли (сиречь сотворение мира) произошло сравнительно недавно. Согласно библейскому «летосчислению» в этом году исполняется 5716 годовщина сотворения Земли «всемогущим».

Но в различных религиозных догматах не было единства взглядов. Так, вавилонские летописи определяли, что «сотворение мира» произошло несколько сот тысяч лет назад. Японские предания гласили, что Земля была создана за несколько миллионов лет до заселения Японских островов. Китайские источники устанавливают срок в 3,5 миллиона лет.

Когда же в дело вмешалась наука, все эти представления были отвергнуты.

Ученые по-разному пытались определить возраст Земли. Они использовали астрономические данные, исходили из скорости образования осадочных пород в морях, пытались рассчитать, сколько лет потребовалось для охлаждения планеты до современного состояния. Однако все эти методы были грубо приближенными. Они давали самые различные величины от 20 до 5000 миллионов лет.

В наши дни ученые заявляют: Земля образовалась около 5 миллиардов лет назад. Можно вполне доверять этой цифре. Разумеется, она не является абсолютно точной, но, во всяком случае, достаточно близка к истинной.

Эта цифра была определена с помощью радиоактивных изотопов.

Большинство элементов состоит из нескольких изотопов. Обычно преобладает какой-нибудь один или два; процентное содержание остальных значительно меньше. Изотопный состав элемента сравнительно просто определить с помощью специальных устройств.

Проведем следующий эксперимент. Возьмем несколько образцов минералов, в состав которых входит интересующий нас элемент. Установим в каждом отдельном случае его изотопный состав. Мы придем к интересному выводу: изотопный состав нашего элемента почти одинаков независимо от соединения, в котором он содержится. Добавим еще: и от происхождения этого соединения. Так, сходство изотопного состава земных минералов и метеоритов доказано для 12 элементов.

Но можем ли мы утверждать, что изотопный состав любого элемента есть нечто неизменное, раз навсегда установившееся не только со времени образования Земли, но и происхождения химических элементов вообще? Оказывается, нет.

Какие же процессы могут привести к нарушению этого постоянства? Прежде всего естественная радиоактивность.

Например, два классических радиоактивных элемента уран и торий после длинной цепочки распадов превращаются в стабильные изотопы свинца. Так, уран 238 имеет конечным продуктом радиоактивных превращений свинец 206, уран 235 — свинец 207, торий 232 — свинец 208. Будем называть свинец, образовавшийся в результате распада урана и тория, радиогенным. Он всегда есть в свинцовых минералах, одновременно содержащих эти радиоактивные элементы. И если обыкновенный природный свинец состоит из 53,02 процента Pb²⁰⁸, 23,33 процента Pb²⁰⁷, 22,07 процента Pb²⁰⁶ и 1,58 процента Pb²⁰⁴, то изотопный состав свинца минералов, в состав которых входят также уран и торий, существенно отличается. Радиогенный свинец сильно изменяет общий изотопный состав свинца.

Давайте рассуждать дальше. Мы можем определить величины отклонения изотопного состава свинца в радиоактивном ураноториевом минерале от обычного и отсюда рассчитать, сколько добавилось радиогенного свинца. По цепочкам превращений урана и тория просто найти количество этих элементов, распавшихся за время существования минерала. Теперь подвергнем минерал обычному химическому анализу. Он покажет, сколько урана и тория содержится в настоящее время в нашем минерале. Следовательно, получим очень важные цифры, которые показывают, какая часть урана и тория успела превратиться в свинец. Зная же периоды полураспада этих элементов, можем легко найти возраст минерала.

Этот метод является наиболее точным из всех, которыми располагает наука для определения возраста Земли и горных пород. Правда, предполагается, что возраст Земли и древних пород, содержащих уран и торий, — величины примерно одинаковые.

А как же быть с нашим булыжником? Ведь он не содержит ни урана, ни тория… Но все же можно определить и его возраст.

Есть один весьма распространенный химический элемент, который входит в большинство горных пород и минералов. Это калий. Среди его природных изотопов — два стабильных (K³⁹ и K⁴¹) и один естественно радиоактивный (K⁴⁰) с периодом полураспада около десяти миллиардов лет.

Калий 40 используется для определения возраста многих минералов. Он претерпевает своеобразный радиоактивный распад, который в ядерной физике носит название К-захвата и заключается в поглощении ядром калия 40 электрона с близлежащей электронной оболочки. При этом заряд атома понижается на единицу и образуется изотоп инертного газа аргона Ar⁴⁰. В аргоне атмосферного воздуха наряду с изотопами Ar³⁶ и Ar³⁸ содержится Ar⁴⁰, который, по-видимому, весь или почти весь произошел вследствие распада калия 40.