Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

В наши дни геохронологическая шкала — не просто таблица или даже многотомный фолиант, а гигантская цифровая база данных, которая находится в ведении Международной комиссии по стратиграфии (International Commissionon Stratigraphy, ICS) — самого старого и самого важного органа Международного союза геологических наук. Эта комиссия устанавливает строгие правила в отношении геологических подразделений и их ограничений, а также занимается скрупулезной каталогизацией обнажений, формаций пород, ископаемых органических остатков, изотопных датировок, геохимических данных и аналитических протоколов, ведя постоянную работу по картированию геологического времени со все более высоким разрешением.

С 1970-х гг. ICS занимается поиском по всему миру конкретных участков, которые могут служить международными стандартами для определения границ между всеми подразделениями геохронологической шкалы. Среди геологов такие участки, официально именуемые глобальными стратотипическими разрезами и точками (ГСРТ) (Global Boundary Stratotype Sections and Points, GSSP), известны как «золотые гвозди». На этих участках должны присутствовать хорошо обнаженные породы, содержащие диагностические в биостратиграфическом отношении ископаемые органические остатки, относящиеся к двум смежным интервалам геологического времени. Кроме того, такие участки должны быть защищены от разрушения человеком или природой. Местонахождение конкретного слоя, выбранного в качестве границы в данном разрезе GSSP, часто описывается весьма своеобразно, с упоминанием очаровательных подробностей. Например, обнажение, в котором зафиксирован «золотой гвоздь», отмечающий стратотипическую границу сеноманского яруса верхнего мела, находится высоко во Французских Альпах «в 36 метрах ниже кровли формации Марн-Блё (Голубые мергели) на южном склоне горы Мон-Ризу» [13] Международная комиссия по стратиграфии: http://www.stratigraphy.org/index.php/ics-gssps. .

Первоначальное подразделение геохронологической шкалы на эоны, эры и периоды было осуществлено в основном британскими геологами в XIX в., поэтому названия периодов палеозоя в наибольшей степени отражают именно это географическое влияние: название кембрийского периода происходит от латинского наименования Уэльса (Cambria), девонского периода — от графства Девоншир, родины британской церемонии чаепития, название каменноугольного периода, или карбона, происходит от богатых пластов каменного угля на севере Англии. Но дальнейшее деление геохронологической шкалы на более мелкие подразделения — эпохи и века — в полной мере отражает уже международный характер усилий по картографированию геологического времени: цзяншанский (Jiangshanian) и гужангинский (Guzhangian) века в кембрии; эйфельский и пражский века в девоне, московский и башкирский века в карбоне. Международная комиссия по стратиграфии — это своего рода временной аналог Организации Объединенных Наций, глобальная ассамблея хранителей геологического времени.

И эта комиссия, подчас с излишней нервозностью, настаивает на сохранении тонкого, но важного различия между геохронологической и стратиграфической шкалой — между геологическим временем и его хроникой, зафиксированной в слоях горных пород. Геологическое время подразделяется на эоны, эры, периоды, эпохи и века, а соответствующие этим подразделениям породы — на эонотемы, эратемы, системы, отделы (серии) и ярусы. Точно так же, имея в виду геологическое время, следует говорить, например, «ранний» или «поздний» ордовик, но о соответствующих слоях пород следует говорить только «нижний» или «верхний». Время ( хронос ) может течь без камней (наполняющих его кайросом ), но камни не могут существовать вне времени. Однако время исчезает, а камни остаются.

Первая попытка Артура Холмса определить абсолютный возраст пород, предпринятая еще до того, как было открыто строение атома и существование изотопов, была подобна интуитивной догадке Дарвина о существовании феномена наследственности, намного опередившей открытие генов и ДНК. В обоих случаях прошли годы, прежде чем остальная наука смогла в полной мере осознать и развить все следствия, вытекающие из их провидческих идей. Только к 1930-м гг. стала в полной мере понятна сложная геохимия изотопов свинца. В 1929 г. Эрнест Резерфорд установил, что два разных материнских изотопа урана, 238U и 235U, имеют разные периоды полураспада (4,47 млрд и 710 млн лет соответственно) и в результате радиоактивного распада превращаются в два разных изотопа свинца — 206Pb и 207Pb. Вскоре после этого Альфред Нир, физик из Миннесотского университета, открыл еще один изотоп свинца — 204Pb, имеющий не радиогенное происхождение, т. е. этот свинец изначально был свинцом и не являлся продуктом радиоактивного распада. Нир также разработал основной инструмент изотопного анализа — масс-спектрометр, который позволяет разделять и сортировать изотопы одного элемента на основе их атомного веса.

Сделанные открытия натолкнули Нира на мысль, что эти три изотопа свинца можно использовать для датировки горных пород и даже для определения возраста самой Земли, поскольку на протяжении всего геологического времени количество изотопов 206Pb и 207Pb должно было увеличиваться математически предсказуемым образом, а абсолютное количество нерадиогенного 204Pb оставаться постоянным. Более конкретно: из-за сравнительно короткого периода полураспада 235U запасы 207Pb на раннем этапе истории Земли должны были расти быстрыми темпами, но затем скорость их роста должна была сгладиться — как совокупный доход на сберегательном счете с высокой процентной ставкой, с которого с первых же дней снимали значительные средства. В то же время вследствие гораздо более длительного периода полураспада 238U глобальные запасы 206Pb продолжали бы накапливаться — как доход на сберегательном счете с низкой процентной ставкой, но с более медленным снятием средств. Используя ту же метафору, запасы изотопа 204Pb можно сравнить с деньгами, спрятанными под матрацем. В 1940 г. Нир и его ученики собирались применить эту идею на практике для датирования геологических образцов, но им пришлось остановить работу, поскольку Энрико Ферми попросил Альфреда Нира, сына немецких иммигрантов, присоединиться к Манхэттенскому проекту. Ученым требовалось отделить делящийся изотоп 235U от слаборадиоактивного 238U, и масс-спектрометр Нира был единственным инструментом, позволяющим различить эти два изотопа [14] Интервью с Альфредом Ниром о его работе до и во время Манхэттенского проекта можно найти на сайте: http://manhattanprojectvoices.org/oral-histories/alfred-niers-interview-part-1 . . Ниру пришлось переориентировать свою лабораторию с изучения геологического прошлого на проблемы неопределенного будущего.