Юрий Фиалков - Свет невидимого
И вот лорд Кельвин, знаменитый Кельвин, славящийся своим пристрастием к математике, должен был признать, что в этом случае «неточные» геология и палеонтология (которые в то время были еще совсем не точными науками) в чем-то превосходят физику, даже усиленную математикой.
Тогда родилась мысль: не сыграть ли на солености Мирового океана? Ведь геологи хорошо знают, что вода в морях и океанах соленая не от того, что в ней селедки плавают, а потому, что реки, стекая в Мировой океан, увлекают с собой минеральные соли. Что и говорить — подход к расчету неточен, так сказать, уже по идее (соли-то в океан могут приноситься не только реками, а и другими путями, например, из действующих вулканов); неточным получился и ответ: океан образовался где-то между тремястами миллионами и миллиардом лет назад.
Но это возраст океана. А сколько наша планета существовала до того, как получила голубую мантию? Еще миллиард лет? Или впятеро, вдесятеро больше?
Можно было бы перечислить еще с дюжину попыток определить абсолютный возраст Земли. Но рассказ о каждой из них неизбежно заканчивался бы вопросительным знаком. Ни один из методов не давал хотя бы в малейшей степени достоверных результатов.
А возраст Земли науке надо знать с возможной точностью. Дело не только в том, что эта величина необходима астрономии, геологии, биологии и десятку других наук. Без решения вопроса о возрасте Земли не может быть выработано правильное научное мировоззрение. А тогда ничего нельзя сказать и о времени существования Солнечной системы, а следовательно, и Вселенной. Невозможно ничего предположить и о том, как образовалась Солнечная система. Становится абсолютно непонятной проблема развития звезд и галактик.
Многое, очень многое связано с величиной, которая в уравнении, составленном Кельвином, была обозначена через «x» да так иксом и осталась.
* * *
Разные они бывают, «иксы», в науке. Иные можно обойти, взяв в окружение. Рано или поздно такой «икс» прекратит сопротивление и сдастся. Если рано — хорошо, попозже — и тут особой беды нет.
Но есть проблемы, подобные крепостям, стоящим на стратегических дорогах: пока не возьмешь, дальше не двинешься. Проблема возраста Земли — «икс» именно такого сорта. Эту крепость надо было брать. И тут оказалось, что из всего арсенала возможного для этого штурма наиболее действенное вооружение — радиоактивные часы.
* * *Как только было открыто явление радиоактивности и ученые справились с первым удивлением (а дивиться, как вы понимаете, было чему), возник вопрос: какие факторы влияют на скорость радиоактивного распада? Чтобы найти ответ на этот вопрос, радиоактивные элементы и их соединения
— нагревали до максимально возможных высоких и охлаждали до минимально возможных низких температур;
— подвергали действию высоких давлений;
— помещали в магнитные и электрические поля высокой и сверхвысокой напряженности;
— выдерживали в темноте и под сильнейшими источниками света.
Кроме того, проверяли, будет ли изменяться скорость радиоактивного распада элемента в зависимости от того, в состав какого химического соединения он входит. Например, радия в азотнокислой и сернокислой солях.
Без-ре-зуль-тат-но. Хотя — почему безрезультатно? Напротив, результат был получен, и очень важный: скорость радиоактивного распада постоянна и не зависит ни от одного из перечисленных и еще от многих не названных здесь внешних факторов[6].
Итак, скорость радиоактивного распада такая же характерная для каждого элемента константа, как его, скажем, температура плавления или атомная масса. Почему бы не использовать это обстоятельство для определения возраста Земли?
Первому пришла эта мысль в голову знаменитому советскому ученому, геологу и химику (точнее, геохимику) академику Вернадскому. И чем больше задумывался Вернадский над этой идеей, тем больше она ему нравилась.
В самом деле. Вот хотя бы элемент уран. Скорость распада его такова, что количество урана в земной коре уменьшается наполовину за 4,5 миллиарда лет. Срок, как видите, почтенный. Такой «завод» часов устраивает геологов — они давно предполагали, что в числе, выражающем возраст нашей планеты, фигурируют миллиарды. Неясно только, сколько должно быть этих миллиардов.
Атом урана, выбрасывая альфа-частицу, превращается в торий, торий — в радий и так далее, до тех пор пока не образуется свинец, который радиоактивностью не обладает.
Скорость распада урана постоянна? Постоянна. Не зависит ни от каких внешних причин? Не зависит. А раз так, то за определенное время (за миллион лет или за 100 миллионов — меньший масштаб времени здесь не уместен) из определенного количества урана должно образоваться совершенно определенное количество свинца. Вот сколько «определенностей»! Не очень красиво с точки зрения изящного стиля, но зато очень ласково звучит для уха физика или геолога: они так любят определенность!
Известны геологические часы, основанные на определении в породах соотношения калия и аргона. (При чем тут эта пара — калий и аргон — поймет каждый, кто читал предыдущую главу.) Чем древнее порода, тем больше калия-40 в ней распалось и тем больше, следовательно, накопилось аргона.
Хорошо работают и часы, основанные на парах рубидий — стронций и рений — осмий (при радиоактивном распаде рубидия-87 образуется стронций-87, а при распаде рения-187 — осмий-187).
На протяжении десятка-другого лет в лабораториях геохронологов (термин, по-видимому, не нуждающийся в разъяснении) шло накопление экспериментального материала, шли интересные, иногда захватывающе интересные данные.
В геохронологические лаборатории доставлялись образцы из различных районов планеты — горных массивов, глубоких штолен, дна океана. Определение соотношения радиоактивного элемента и продукта его распада позволило узнать, что…
— возраст гранитов может быть самым различным. Встречаются среди гранитов «ясельные» младенцы, насчитывающие каких-нибудь 200 миллионов лет. Попадаются зрелые мужи возрастом около миллиарда лет. Но не редки и дряхлые старцы в возрасте два миллиарда лет;
— встречаются породы (например, гнейсы), возраст которых приближается к 3 миллиардам лет;
— можно отыскать породы, возраст которых приближается к почтенной величине — 4 миллиарда лет;
— известны уже совершеннейшие «мафусаилы»[7] возрастом свыше четырех миллиардов лет.
Возраст горных пород и минералов, добытых в самых различных точках поверхности и недр нашей планеты, никогда не превышал 4,5 миллиарда лет. Интересно, что в тех случаях, когда представлялось возможным проверить возраст одного и того же образца по различным часам, всегда получались хорошо совпадающие результаты, что уже само по себе говорило о надежности часов.
С помощью радиоактивных геологических часов ученые сумели определить возраст земной атмосферы — не той, какую мы знаем сейчас: азот, кислород, немного аргона и углекислоты, такой атмосфера стала совсем недавно, каких-нибудь 400 миллионов лет назад. А вот газовая оболочка земли, как показал все тот же калиево-аргоновый метод, появилась у планеты все те же 4,5 миллиарда лет назад. Пока что можно считать это совпадением — не больше.
Бездну интересного доставило геохронологическое изучение метеоритов. Во-первых, возраст метеоритов можно определить такими же методами, как возраст земных пород. Но, кроме того, к небесным странникам применим иной метод исследования, позволяющий досконально узнать биографию метеорита. Бороздя Вселенную, метеориты подвергаются непрерывному обстрелу космическими лучами, которые, взаимодействуя с ядрами атомов метеоритного вещества, приводят к образованию в нем радиоактивных изотопов. Изучение этих изотопов позволяет узнать, сколько времени путешествовал небесный камень по космосу, прежде чем был притянут Землей, а также и то, когда произошло это событие.
Оба метода показали, что возраст подавляющего большинства небесных камней одинаков и составляет… 4,5 миллиарда лет. Случайность явно перерастала в закономерность.
12 сентября 1970 года был дан старт ракете, которая несла на себе советскую космическую автоматическую станцию «Луна-16» для исследования нашего спутника. Спустя четверо суток аппарат прилунился в северо-восточной части моря Изобилия. Еще через сутки «Луна-16» легла на обратный курс к Земле, неся на борту почти 100 граммов бесценного для ученых лунного грунта.
Годом ранее американские астронавты Армстронг и Олдрин посадили пилотируемый ими лунный отсек корабля «Аполлон-11» на равнине в районе Океана Бурь. Первое, чем занялись астронавты, выйдя на поверхность Луны, был сбор образцов лунной породы.
