Земля и жизнь - Александр Вологдин

Что же такое абсолютная геохронология и что она дает к настоящему времени?

Интерес геологов к природным процессам распада радиоактивных элементов связан с тем, что скорость этих процессов, во-первых, постоянна, во-вторых, очень мала. Лабораторные испытания, в которых радиоактивные вещества подвергались воздействию температур от -270 до +7000°С, давлений свыше 200 атм, сильных магнитных полей, бомбардировки космическими лучами не могли изменить нормального хода распада радиоактивных элементов.

Периоды полураспада основных естественных радиоактивных изотопов следующие.

На ранних этапах по определению абсолютного возраста геологических пород наибольшее применение получил метод, основанный на определении количеств свинца и гелия как продуктов распада урана-238, урана-235 и тория-232. Оказалось, что радиоактивные химические элементы, входящие в состав минералов земной коры, способны давать указание на время их образования и поэтому могут служить для установления времени геологических событий, иногда весьма древних. Поскольку урано- и ториеносные минералы встречаются в природе реже, чем калиеносные, то преимущество калиевого метода оказывается очевидным особенно для осадочных пород.

В применении к изучению абсолютного возраста минералов осадочного происхождения наиболее интересным показал себя стронциевый метод, основанный на распаде рубидия-87 с образованием стронция. Для этого необходимо, чтобы испытуемый материал содержал рубидий, например, в виде хлористой соли или в виде калийсодержащих глинистых минералов группы иллита, или в виде глауконита, а из магматических минералов - микроклина, флогопита, мусковита и др.

Особое место в абсолютной геохронологии занимает углеродный метод, основанный на измерении содержания углерода-14, период полураспада которого составляет 5568 лет. Этот метод применим для сравнительно самых молодых геологических образований - четвертичных. Исходным материалом для него являются углеродсодержащие горные породы, лигниты, торф и т. д.

Углерод в природе представлен двумя стабильными изотопами С12 и С13, соотношение количеств которых в некоторых известняках составляет 98,892 и 1,108%. При этом интересно, что С12 является биогенным изотопом углерода, поскольку его содержание в организмах и в органогенных геологических образованиях всегда относительно выше по отношению к С13. Принято различать углерод небиогенного происхождения (С12/С13 =88,0-90,2) и биогенного (С12/С13=90-92,9).

Методы определения абсолютного возраста прошли довольно длительную проверку. Выяснено, что причиной ошибок при вычислении могут быть утечка изучаемого элемента при выветривании породы, утечка гелия, образовавшегося при распаде, примеси нерадиогенного свинца и т. д. Поэтому различные определения одного и того же объекта способны давать более или менее значительные отклонения. Но все же эти отклонения не столь значительны, как можно было думать ранее, и цифры возрастов тех или иных минералов и горных пород постепенно уточняются.

Одним из важнейших достижений современной науки является определение возраста Земли, точнее возраста слоев земной коры.

Так, возраст ряда весьма древних геологических образований составлял для гранитов Беломорья 1800 млн. лет, габброноритов Беломорья 2060 млн. лет, гранитов Балтийского щита 2030 млн. лет, пегматитов Карелии 2450 млн. лет. Аналогичные цифры получены для древних пород Канады, Бразилии, Индии, Южной и Центральной Африки и т. д. Возраст этих пород составляет от 2500 до 3350 млн. лет. Последняя цифра некоторыми исследователями принималась за возраст земной коры, другие принимали цифру 3,6 млрд, лет, полагая, что формирование каменной оболочки - коры нашей планеты началось 4,5 млрд. лет назад и длилось многие сотни миллионов лет в условиях уже относительно медленного накопления дополнительного космического вещества. Итак, наилучший способ проследить процессы и события истории земной коры - это сочетание палеонтологического и геохронологического методов. На основе этих данных выделены определенные этапы геологического развития земной коры и была принята геохронологическая шкала по данным определения абсолютного возраста (по Д. И. Щербакову, 1961 г.). Эта схема сильно раздвинула возрастные границы эр и периодов, в особенности в отношении более ранней части истории земной коры. Докембрий на территории СССР был разбит на четыре крупных подразделения, имеющих огромную длительность. Весьма велика и мощность образований, соответствующих этим подразделениям. Все четыре подразделения докембрия можно рассматривать как эры.

Обращают на себя внимание различия в длительности выделенных в схеме периодов. Чем ближе к нашему времени, тем они становились как бы короче и короче. Это объясняется тем, что основой для схемы были полученные геохимиками от геологов и палеонтологов палеонтологические данные. Эти данные отражали эволюцию органического мира Земли в ходе геологического времени, которая осуществлялась как бы убыстряющимися темпами. От слоя к слою, от одного геологического века к следующему изменения в составе организмов происходили все быстрее, что позволяло выделять менее мощные серии отложений, образовавшиеся за сравнительно короткие промежутки времени.

Заменяет ли метод абсолютной геохронологии другие методы определения геологического возраста, в частности палеонтологический? Совсем наоборот! Именно сочетание палеонтологического метода, раскрывающего вместе с геологическими данными последовательность формирования осадочных отложений целыми свитами и сериями свит, с методом геохронологии способствует наилучшему раскрытию истории развития нашей планеты.

Среда жизни

Средою жизни издавна являются моря и океаны. Растворяющие свойства в жидком состоянии, способность в парообразном состоянии соединяться с различными химическими элементами и их соединениями делают воду важнейшим фактором и компонентом в химических и биологических процессах в природе. В воде растворяются газы атмосферы и газы, поднимающиеся из земных недр. Поэтому воды суши, морей и океанов до самого их дна являются продолжением атмосферы, обеспечивая тем самым существование организмов - растений, животных и бактерий. Поэтому влажному почвенному покрову суши, с его богатыми проявлениями бактериально-водорослево-грибной жизни, вполне соответствует верхний слой рыхлых донных осадков. Ниже, на суше и в водах, органическая жизнь прослеживается, но в количественном отношении оказываете более скудной.

Важно отметить, что воздух, растворенный в воде, содержит кислорода относительно больше, чем воздух газообразный, так как растворимость кислорода в воде лучше, чем растворимость азота. Высокую растворимость в воде имеет и углекислота, запасы которой в водах гидросферы во много раз превосходят ее запасы в атмосфере, обеспечивая тем самым существование и развитие водных растений.

Водная масса Земли всегда находится в непосредственном, теснейшем контакте с твердым веществом земной коры, с горными породами и минералами и продуктами их выветривания на суше и на дне моря. Поэтому воды гидросферы обычно насыщены минеральными веществами или содержат их в том или ином количестве.

Вода - основной компонент живого вещества - протоплазмы клетки, крови, лимфы. Она совершенно необходима для жизнедеятельности - процессы питания и выделения немыслимы без нее. Особо важную роль вода играет для водных организмов, являясь не только средой их жизни и эволюции, но и происхождения.

Вода - минерал, как считают геологи и минералоги. Химики говорят, что вода - самое распространенное на Земле вещество, имеющее определенный химический состав и физические свойства (текучесть, отсутствие цвета и запаха, определенную плотность и т. д.) и являющееся активным растворителем газов и твердых веществ.

Процессы растворения в воде твердых веществ связаны с разрушением их структуры, с образованием связей между их молекулами и молекулами воды. Оказывается, абсолютно нерастворимых веществ в природе не существует, но растворимость разных элементов и их соединений проявляется в разной степени в зависимости от их свойств. В результате высокой растворяющей способности воды в природе она всегда оказывается обогащенной веществами, с которыми входит в соединения, чаще в так называемые гидраты (сольваты). Образование гидратов вызывается наличием у молекул растворенных веществ электрического заряда и притяжением их к молекулам растворителя обычно с выделением при этом тепловой энергии.

В природных водах, таким образом, оказываются в взаимосвязи и во взаимовлиянии самые разнообразные по свойствам химические элементы и соединения, на взаимоотношениях которых сказываются температура, ее изменение, изменение давления. Между растворенными в воде веществами возможны самые разнообразные химические связи. При пересыщении раствора каким-нибудь компонентом выпадает осадок, качественно отличный от первично растворенных веществ,- то в виде гидратов окислов элементов, то в виде их фосфатов, сульфатов, галоидных солей, с тем или иным количеством молекул воды на молекулу осажденного из раствора соединения.