Геологические часы - Александр Олейников

Высказанные Декартом, Лейбницем и Бюффоном смелые мысли о том, что образование Земли произошло в результате продолжительных естественных процессов, проторили тропу научно обоснованным космогоническим теориям.

Но великий физик Ньютон объявил, что, согласно его расчетам и Библии, земной шар должен был появиться на свет 6030 лет назад. И почти 200 лет после этого заявления, попеременно испытывая горечь поражений и счастье удач, шла физика в поисках истины, пока не открыла возможности устанавливать возраст минералов по радиогенным элементам. Это заставило увеличить сроки, определенные Ньютоном, почти в миллион раз.

С тех пор наука о возрасте Земли прочно встала на ноги. Она постигла искусство устанавливать время рождения кристаллических горных пород, определять сроки произошедших с ними изменений, выяснять зависимость их возраста от характера геологической обстановки, в которой породы образовались.

Она научилась определять тщательно замаскированный природой возраст осадочных пород. Изучая состав осадков, отложившихся на дне водоемов, радиологи умеют теперь устанавливать все многообразие форм, в которых существуют содержащиеся в породах материнские радиоактивные элементы: калий, рубидий, уран и торий.

Выпадая из морской воды, известковые осадки захватывают с собой свинец. Выяснив изотопные составы свинца, присущие каждой из прошлых геологических эпох, остается сранить с ними результаты анализа породы и получить ответ, к какому времени следует отнести образование исследуемой толщи известняка. Но вместе с осажденным свинцом в породах накапливается также некоторое количество радиогенного свинца, возникшего за счет распада ничтожных количеств урана и тория, содержащихся в породе. Сколь ни мало их содержание, но оно влияет на оценку возраста. И разрабатываются точные методы, позволяющие устранить влияние этой помехи.

Огромную популярность во всем мире завоевал аргоновый метод определения возраста. Современная техника позволяет обнаружить в породе и измерить самые ничтожные количества аргона. Даже стотысячная доля кубического миллиметра этого элемента не ускользает от чуткой аппаратуры. А это значит, что с помощью аргонового метода, может быть, удастся устанавливать возраст отложений с точностью до 100 тыс. лет.

По глаукониту, сильвину и другим минералам определяется длительность геологических событий. Но сильвин очень часто подвергается перекристаллизации, в результате которой происходит почти полная потеря накопленного породами аргона. Значит, надо обратить внимание на поиски таких признаков, которые позволили бы выбирать из множества имеющихся образцов именно те, которые наиболее пригодны для анализа. Для сильвина нашли подобные приметы, и теперь известно, что наилучшие результаты обычно дают крупные кристаллы с характерными «лодочками» роста на нижней грани.

Но большинство осадочных пород не содержит ни глауконита, ни сильвина. В этом случае в ход идут мельчайшие чешуйки гидрослюдистых минералов, зародившиеся в породе во время ее образования.

В последние годы в некоторых лабораториях для определения абсолютного возраста стали использовать еще одну минеральную группу - пироксены. Однако эти минералы, типичные для магматических и метаморфических пород, содержат довольно большое количество «чужого» аргона, и происхождение присутствующего в них калия пока еще тоже не вполне ясно. Но радиологи начинают изучать их «язык», и, возможно, им посчастливится найти ключ к его толкованию, что поставит на службу геохронологии и этот класс минералов.

Еще предстоит поближе познакомиться с многочисленными родственниками урана. Семейство дочерних элементов урана крайне многообразно. Интересные результаты были получены при исследовании одного из членов этого семейства - иония (2 Th). Некоторое количество иония постоянно осаждается вместе с тонкими глинистыми осадками, падающими на дно океана. Опустившись на дно, ионий начинает постепенно разлагаться. При этом период его полураспада равен 84 тыс. лет.

Если поднять с океанического дна колонку грунта и измерить, какое количество иония содержится в каждом из тончайших пропластков донного осадка, то выяснится, что содержание этого элемента постепенно уменьшается с глубиной. Эта закономерность вполне может быть использована для определения скорости формирования отложений морского дна и, вероятно, позволит создать возрастные карты для огромных площадей подводного царства, покрытых однообразным чехлом илов, время образования которых до сих пор остается загадкой. Может быть, этот способ пригодится и при выяснении возраста бывших морей, воды которых в недавнее время захватывали территорию нынешних континентов.

Все новые и новые изотопы находят применение при определении абсолютного возраста.

При изучении разнообразных объектов используется метод измерения времени по свинцу-210. Он позволил выяснить скорости смешения океанических вод и воздуха атмосферы, интенсивность выпадения осадков и рост снежного покрова Антарктики, возраст урановых месторождений в Альпах и историю минералов из вулканических фумарол Везувия и Долины Десяти Тысяч Дымов на Аляске.

Для исследования скорости накопления осадочных пород применяются протактиний-231 и торий-230. С помощью этих же изотопов сравнивается возраст удаленных друг от друга геологических разрезов и уточняются эпохи нашествия холода.

Два «брата» - уран-234 и уран-238 - нашли применение при датировании новейших морских и озерных отложений.

При изучении метеоритов пущены в дело «вымершие» изотопы: иод-129, ксенон-129, свинец-205 и плутоний-244. Для определения возраста редкоземельных минералов оказалась пригодной пара самарий-147- неодим-143. С помощью самарий-неодимового метода удалось обнаружить закономерные изменения изотопных характеристик, отражающих процессы эволюции Земли, и на основании изучения молодых вулканогенных пород, излившихся на дно океана, уточнить строение их источника - мантии нашей планеты.

Используя «привычку» минералов сохранять продукты ядерного деления, советские ученые Виталий Григорьевич Хлопин и Эрих Карлович Герлинг предложили ксенон-урановый метод. А свойство осколков ядерного деления оставлять на пути своего прохождения в минералах тончайшие следы - треки - позволяет с помощью электронного микроскопа ввести в практику еще один многообещающий способ оценки возраста - по количеству, форме и ориентировке треков.

Исследование соотношений изотопов позволило уточнить представления о происхождении метеоритов, выявить характерные особенности развития земной коры и мантии, проверить гипотезы о строении и эволюции интрузивных и вулканогенных пород.

Специалисты уже давно научились определять возраст метеоритов. Но было совершенно невозможно установить время, когда небесный камень прорвался сквозь заслон атмосферы к земной поверхности. С огромной силой ударяя в каменную оболочку Земли, метеориты нередко проходят сквозь толщу отложений нескольких эпох, и выяснить время их падения казалось немыслимым. Радиоуглеродный метод помог ответить и на этот вопрос.

Время образования почв, периоды изменения температуры вод, эпохи и пути миграции вымерших животных, возраст вулканических извержений, периоды наступлений ледников - в решении всех этих вопросов может принять участие изотопная геохронология.

Но кроме «земных» изотопов на поверхность планеты постоянно поступают радиоактивные изотопы космического происхождения. Продолжительное время, во всяком случае уже несколько миллионов лет, скорость их притока на Землю сохраняется неизменной. В последние годы к ним добавились новые искусственные источники радиоактивности: ядерные взрывы и отходы ядерных установок. Значительная часть всех этих веществ попадает в океаны, занимающие семь десятых площади земного шара.

Тритий, бериллий-10, углерод-14, алюминий-26, хлор-36, кремний-32 - все эти изотопы, порожденные деятельностью человека и космосом, также могут быть использованы и в геохронологии. Уже сегодня существуют точные методы, позволяющие определять их содержание. По-видимому, и недолговечные и долгоживущие представители этого сообщества вскоре найдут свое применение, например в океанографических исследованиях.

Уже говорилось, что для детального изучения горных пород из них изготовляют тонкие прозрачные пластинки - шлифы. Если поместить шлиф под микроскоп, можно увидеть сложную картину внутреннего строения породы. Обломки минералов; микроскопические кристаллы; минералы сросшиеся; минералы, разъедающие друг друга... И внутри некоторых из них можно встретить радиоактивные включения. Вокруг таких включений часто наблюдаются окрашенные ореолы. Их называют плеохроичными (т. е. многокрасочными) двориками.