Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

И тем не менее, даже с ограниченной выборкой окаменелых видов осадочные горные породы удивительно подробно рассказывают о том, как менялась жизнь на планете. Первые геологи проводили границы между эрами и периодами и даже между более мелкими подразделами временной шкалы в тех местах геологической колонки, где наблюдали быстрое изменение типов сохранившихся ископаемых. Названия трех эр, показанных на рисунке 1 — палеозойская, мезозойская и кайнозойская — взяты из греческого языка и означают «древняя жизнь», «средняя жизнь» и «новая жизнь», поскольку на границах между ними происходят резкие перемены в окаменелостях, и по мере приближения к настоящему сохраняющиеся формы жизни становятся все более знакомыми. Эти границы легко проследить всюду, где встречаются породы соответствующего возраста, и сейчас мы знаем, что они фиксируют короткие периоды масштабных вымираний, когда значительные доли организмов, населяющих океаны, исчезали в результате катастрофических нарушений среды. За этими вымираниями относительно быстро (с геологической точки зрения) следовало развитие и распространение новых форм жизни. Границы между геологическими периодами тоже отмечены не такими радикальными, но все же серьезными переменами в составе морских организмов.

Долгое время не удавалось определить время этих событий. К концу XIX века над способами измерения геологического времени уже работали ученые всех специальностей. Физики хотели узнать возраст Земли; геологи — возраст отдельных горных пород и продолжительность различных участков временной шкалы. Предлагались самые разные оригинальные подходы, однако большинство из них опирались на сомнительные исходные предположения, и все они приводили к колоссальным неопределенностям. Самые радикальные оценки для возраста Земли лежали в диапазоне от нескольких десятков миллионов лет до, возможно, 100 миллионов лет. Просто не существовало надежного способа понять, какой промежуток времени представляют докембрийские породы, или узнать что-нибудь о скорости эволюции.

Все изменилось с открытием радиоактивности в 1896 году. Как только обнаружилось, что радиоактивные изотопы распадаются с постоянной скоростью, стало очевидно, что это явление можно использовать для геологического датирования. Первым этим занялся один из пионеров исследований радиоактивности физик-экспериментатор Эрнест Резерфорд. Он попросил коллег-геологов передать ему породы, которые они считали очень старыми. По радиоактивным изотопам в этих образцах он установил, что им примерно 500 миллионов лет. Этот поразительный результат потряс научный мир: ведь если результат Резерфорда был верен, то Земле больше 500 миллионов лет, то есть она гораздо старше, чем принято было думать.

По сегодняшним меркам эксперименты Резерфорда были грубыми. С тех пор геохронология — наука о датировании горных пород — добилась больших успехов. Принцип остался тем же самым: мы основываемся на факте, что радиоактивные изотопы распадаются с постоянной скоростью. Однако современные аналитические инструменты способны производить очень точные измерения с очень небольшим количеством материалов, и даты, полученные в результате, тоже очень точны. Все данные о границах на рисунке 1 основаны на радиоизотопном датировании (как обычно называют этот метод), и этот же метод показал, что возраст нашей планеты — от 4,5 до 4,6 миллиарда лет^[10]. Время — настолько важная часть расшифровки прошлого, что стоит потратить несколько страниц, чтобы понять, как работает радиоизотопное датирование (иначе — радиометрическое датирование).

Прежде всего нужно сказать, что геологическое время — необъятный промежуток. Четыре с половиной миллиарда лет — срок, который человеку очень трудно осознать. В нашу эпоху миллионеров и дотаций в триллионы долларов само это число не кажется чем-то необычным, однако оказывается колоссальным, если вдуматься в эту цифру. Наш вид Homo sapiens существует примерно 200 000 лет (возможно, немного меньше) — весьма долгое время по большинству стандартов. Однако это мизерная часть возраста Земли — примерно сорок миллионных. Часто проводят аналогию: изображают историю земли в виде воображаемого трехчасового фильма. Три часа для фильма — очень много, однако даже в этом случае Homo sapiens появляется только в последние полсекунды.

Одно из следствий огромного масштаба геологического времени — то, что многие геологические процессы, протекающие с ничтожной скоростью, могут вызвать колоссальные изменения. Как мы увидим далее, литосферные плиты двигаются со скоростью всего несколько сантиметров в год; однако умножьте эту величину на сотни миллионов лет — и окажется, что так могут открываться и закрываться целые океанические бассейны. Целые горные хребты за это время могут подняться, а затем снова исчезнуть в результате эрозии.