Земля после нас: Что расскажут камни о наследии человека?

На нем и сейчас нет ярлычка. Но викторианские геологи и заподозрить не могли, что встроенными календарными штемпелями снабжен вулканический пепел, осыпавший это несчастное членистоногое, и, если их правильно расшифровать, они способны поведать нам, когда произошло извержение. Эти «календарные штемпели» научились распознавать только с открытием явления радиоактивности, после чего их стали использовать для радиоизотопного датирования горных пород и минералов. Сегодня это общие основы физики и химии. Внеземная цивилизация, которая окажется настолько технологически развитой, что долетит до Земли, и настолько любознательной, что примется за исследование ее истории, уже будет обладать собственной программой радиометрического датирования. Пришельцы захотят узнать, сколько лет Земле и когда именно она обзавелась своим замечательным собранием живых организмов.

Атомное время

Методика довольно проста. Некоторые типы атомов, такие как уран, распадаются с постоянной скоростью на другие типы атомов (в случае урана в конечном счете — свинец), причем на скорость распада не влияют ни пожары, ни наводнения, ни бури, ни экстремальные температуры или давление. Вообще-то, уран — редкий элемент, однако он в относительно большом количестве (несколько процентов) содержится в минерале под названием циркон, встречающемся, например, в вулканическом пепле, который широко разносится во время извержений супервулканов как по суше, так и по морю. В недавно извергнутых кристаллах циркона содержится значительное количество урана и практически нет свинца, в то время как в очень старых цирконах значительная часть урана превратилась в свинец. Измерим (очень тщательно, с использованием масс-спектрометра) соотношение между ними, и мы получим масштабную линейку времени извержения. Определим (столь же кропотливо), насколько быстро уран превращается в свинец (это медленный процесс: скорость распада измеряется миллионами лет), и тогда можно вычислить количество лет, прошедших с момента образования минерала циркона, который (остается надеяться) возник в магматическом очаге непосредственно перед извержением, вышвырнувшим его в ландшафт. Каждый кристалл циркона, по сути, являет собой очень точный, атомный хронометр.

На практике, конечно, все сложнее. На самом деле существует несколько типов (изотопов) урана, которые распадаются на разные изотопы свинца с разной скоростью. Свинец в большинстве своем — это просто обычный древний свинец, который всегда был свинцом и образовался вовсе не из урана (хотя, к счастью, кристаллы циркона, кристаллизуясь, педантично исключают атомы этого изотопа свинца из своей кристаллической решетки). А циркон — минерал довольно твердый. В целом это хорошо (атомы в кристалле циркона трудно переставить, и потому этот атомный хронометр нелегко обнулить посредством резких повышений температуры и давления, которым подвержен подземный мир); однако древний кристалл циркона со временем (спустя несколько геологических эонов) вполне может угодить в новый вулкан, и эти атомные часы, сбившиеся с хода, способны ввести в заблуждение незадачливого геолога.

Или же древний, ищущий геологических приключений кристалл циркона может объединить в себе два атомных хронометра: сердцевину из исходного магматического циркона и внешний слой из перекристаллизовавшегося циркона — и атомные часы обнулятся (скажем, когда попадут в корневую часть растущего горного пояса с высокими температурами и давлением). Поэтому датирование всего кристалла циркона даст среднее значение этих двух разновременных событий. Сегодня можно почти волшебным образом получить из одного составного кристалла циркона обе даты, направив четко сфокусированный пучок ионов или электронов отдельно на нетронутую сердцевину и на обновившуюся оболочку, сделав в них крошечные ямки диаметром около 0,02 мм и выбив из каждой то количество атомов, которого достаточно, чтобы определить соотношение урана и свинца.

Итак, внимательность и терпение, а также осторожность и скептический подход позволят избежать множества ошибок. Можно проводить перекрестные измерения. Уран — не единственный радиоактивный элемент, применяемый для определения возраста древнейших земных пород (хотя в настоящее время его партнерство с цирконом является весьма востребованной у ученых комбинацией благодаря точности датировок, которые она способна обеспечить). Кроме него используются радиоактивные изотопы калия, рубидия и тория, а также менее известных элементов, таких как самарий, лютеций и рений: эти элементы, входящие в состав различных минералов, также служат атомными хронометрами, проливающими свет на глубокую древность.