Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Решение становится яснее, если мы рассмотрим образование осадочных пород. Многие минеральные зерна, из которых они состоят, некогда были частью других пород на материках; но из-за эрозии они покинули родительские породы, попали в море, а затем осели на дно. Поэтому датирование этих минералов позволит определить возраст материнских пород, а не самих осадочных пород. Кроме того, минералы в осадочных породах, которые осаждаются непосредственно из морской воды (и поэтому подходят для определения их возраста) не содержат того количества урана, калия или других радиоактивных изотопов, которое нужно, чтобы достоверно определить возраст. В эту категорию попадает карбонат кальция — широко распространенный компонент океанических отложений. Это один из случаев, когда мать-природа оказалась не особенно благосклонна к геологам.

Очевидно, что с проблемой как-то удалось справиться: ведь точные радиометрические данные существуют для множества осадочных пород. Каким же образом? Дело в том, что Земля — очень активная планета с вулканами, которые почти непрерывно извергают вулканический пепел. Именно это происходило в начале 2010 года, когда облако пепла от вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии закрыло воздушное сообщение в Европе. Извержение Эйяфьядлайёкюдля по мировым стандартам было слабым, однако оно показало, как пепел от вулкана может разлететься по целому региону. В результате самых крупных извержений пепел распространяется по всему миру, а когда оседает на морское дно, то образует легко опознаваемые слои. Такие слои пепла — маркеры почти мгновенных (с геологической точки зрения) событий, а поэтому они оказываются идеальными кандидатами на датирование. К счастью, они часто содержат кристаллы циркона или минералы, пригодные для использования калий-аргонового метода.

Слои вулканического пепла настолько многочисленны, что сегодня являются самым важным материалом для датирования осадочных пород. Самые мощные вулканы, которые дают больше всего пепла, появляются в основном на окраинах океанских бассейнов в результате тектонических процессов. Вспомните вулканы Индонезии или Анд. Даже если отдельные вулканы извергаются лишь время от времени, накапливающиеся в соответствующих регионах осадки пронизаны слоями пепла. Если важно знать возраст конкретного уровня в толще осадков (например, уровня, который означает какую-то геологическую границу), а подходящего слоя пепла в идеально подходящем положении нет, обычно можно провести интерполяцию между близко расположенными слоями.

В качестве примера можно привести последовательность пластов известняка в южном Китае, которая проходит через границу между пермским и триасовым периодом. Окаменелости показывают, что эта граница, которая одновременно разделяет палеозойскую и мезозойскую эру (рисунок 1), отмечает самое массовое вымирание в истории Земли, когда внезапно исчезло более 90 % видов, живших в океанах. Точная датировка такого события крайне важна, однако известняки нельзя датировать напрямую. К счастью, они расположены в районе с высокой вулканической активностью и содержат многочисленные слои пепла. В 1990-х годах группа геохронологов из Массачусетского технологического института (MIT) взяла образцы пепла выше и ниже нужной границы, тщательно выбрала содержащиеся в них кристаллики циркона и измерила возраст циркона с помощью уран-свинцового метода. Результаты показаны на рисунке 2 и говорят о том, что фрагмент отложений толщиной в несколько метров, перекрывающий границу, образовался всего лишь за два миллиона лет. Даты слоев пепла также позволяют точно определить возраст границы — 251,4 миллиона лет. Возможно, не менее важно и то, что с помощью датирования близко расположенных слоев пепла исследователи смогли сделать вывод, что это массовое вымирание происходило в течение короткого промежутка времени — менее миллиона лет.

Я еще ничего не сказал о докембрийской части временной шкалы. Радиоизотопное датирование раскрыло ее истинные масштабы: ученые, создававшие ранние версии шкалы времени по окаменелостям, поразились бы, узнав, что эта часть составляет более 85 % истории планеты. Из-за отсутствия окаменелостей породы докембрия можно поместить в шкалу только с помощью прямого радиоизотопного датирования. На рисунке 1 показано всего несколько основных подразделов этой части шкалы — катархей, архей и протерозой. Границы между этими подразделами частично произвольны, а частично основаны на признанных событиях, которые повлияли на Землю в глобальном масштабе. Несмотря на древность докембрийских пород, они представляют целый гобелен с обширными и временами удивительными сведениями, и в последующих главах мы это увидим. Они показывают мир, который на протяжении миллиардов лет отличался от мира, который известен нам сегодня.