Эволюция: Триумф идеи

Скалы Акасты — древнейшие известные горные породы на нашей планете, но и они сформировались тогда, когда Земле было уже 500 млн лет. Для определения ее подлинного возраста геологам потребовался дар небес. В 1940-х гг. геологи начали изучать содержание изотопов свинца в метеоритах. Большинство метеоритов представляют собой куски космического хлама, оставшегося со времен образования Солнечной системы. В 1953 г. геолог из Калифорнийского технологического института Клэр Паттерсон измерила содержание свинца и урана в метеорите, оставившем после удара о Землю кратер шириной 1,2 км в Аризоне. Оказалось, что в нем практически не осталось урана, потому что почти все его атомы успели превратиться в свинец. Этот метеорит сформировался на заре Солнечной системы и с тех нор летал вокруг Солнца практически в неизменном виде.

Метеориты и наша планета сформировались из одного и того же изначального вещества, но в результате соотношение различных элементов (в том числе урана и свинца) в каждом из них оказалось различным. Сравнив количество изотопов урана и свинца в земных породах и в метеоритах, таких как метеорит из Аризонского кратера, Паттерсон определила возраст Земли — 4,55 млрд лет.

Почему между рождением Земли и формированием ее самых древних пород лежит промежуток в 500 млн лет? Геологи выяснили — отчасти при помощи методов датирования геологических пород, — что Земля постоянно разрушает собственную кору и создает на ее месте новые породы. Более того, на самом деле кора нашей планеты представляет собой совокупность дрейфующих плит. Магма поднимается из глубин Земли и добавляет новые породы с одного края плиты, а другой край при этом уходит вниз, под соседнюю плиту. По мере погружения в недра планеты породы на этом краю разогреваются и частично плавятся. Любые окаменелости (если таковые встречаются в этих породах) гибнут вместе с ними.

Материки — плавучие острова пород низкой плотности, верхушки подвижных плит. Когда одна литосферная плита уходит под соседнюю плиту, материк не обязательно затягивает вниз вместе с ней. Если породе повезет оказаться в глубине материка, она может остаться наверху и избежать погружения в огненные глубины — вместе с окаменелостями и другими свидетельствами истории жизни на Земле, что в ней содержатся. Скалы Акасты — именно такая геологическая диковинка.

Часов много, история одна

По урану можно определить возраст не всякой горной породы. Цирконы, эти точные природные часы, образуются только при остывании определенных сортов вулканической лавы. При исследовании осадочных пород система определения времени уран-свинец почти бесполезна. Еще одна проблема заключается в том, что образование заметного количества свинца из урана занимает миллионы лет. Там, где речь идет о тысячах лет — в масштабах человеческой истории, — уран не работает. К счастью, геохимики не ограничены в своем выборе только ураном и свинцом. В зависимости от предмета и области исследований они могут обратиться к десяткам других радиоактивных элементов. К примеру, абсолютные даты человеческой истории ученые определяют по одному из изотопов углерода — углероду-14, период полураспада которого составляет всего 5700 лет. По этим часам можно довольно точно определять время в пределах последних 40 000 лет.

Углерод-14 возникает при столкновении заряженных частиц, которые непрерывным дождем падают на Землю из космоса, с атомами азота в атмосфере. Это временное превращение: со временем атомы углерода-14 распадаются обратно до атомов азота, выделяя при этом несколько элементарных частиц. Живые растения поглощают из воздуха двуокись углерода, в том числе и образованную свежими атомами углерода-14, и тем самым поддерживают постоянное содержание углерода-14 в своих тканях. То же происходит и с травоядными животными. Но как только растение или животное умирает, процесс поглощения углерода-14 прекращается и его количество начинает снижаться — изотоп распадается с образованием азота. Измерив содержание углерода-14 в мертвых тканях животного или растительного происхождения, можно определить их возраст.

Изотопные часы позволили палеонтологам привязать историю жизни на Земле к абсолютной временной шкале. Во времена Дарвина невозможно было определить не только возраст Земли, но и возраст любой окаменелости. Максимум, что мог сказать любой ученый той эпохи, — это то, что данная окаменелость принадлежит к тому или иному геологическому периоду. Древнейший период, в породах которого обнаруживались окаменелости, был назван кембрийским, а все породы еще более древних слоев просто получили название докембрийских. Для Дарвина появление кембрийских окаменелостей — ни с того ни с сего, без всяких предшественников — представляло загадку не менее сложную, нежели остывание Земли, о котором говорил Кельвин.