LINEBURG


страница 1
(всего 3)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>








А.Н. ОЛЕЙНИКОВ
Геологические
ЧАСЫ
Издание третье, переработанное и дополненное

Ленинград "Недра" Ленинградское отделение 1987


Популярно рассказано о появлении и строении нашей планеты; о животных и растениях, населявших Землю в различные эпохи ее развития; о стремлении людей с незапамятных времен проникнуть в глубь земной истории; о разнообразных способах, позволяющих разгадать время рождения земных слоев; о тернистом пути от умозрительных средневековых построений до современной теории, от мифа до строгих научных гипотез. Третье издание (2-е изд. — 1975 г.) дополнено и уточнено в соответствии с вновь появившимися данными.
Для читателей, интересующихся геологией. Представит интерес также и для учащихся старших классов.
Рецензент —канд. геол.-минерал, наук Э. А. Новиков (Ин-т соц.-эконом. проблем АН СССР)


ОГЛАВЛЕНИЕ
РОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ - О появлении на свет планеты, играющей немаловажную роль в жизни читателя
КАМЕННАЯ РУКОПИСЬ - Об окаменелостях, землемере Уильяме Смите, умельцах Черепановых и автомобиле
ЛЕСТНИЦА ЖИЗНИ - О том, какие животные и растения населяли Землю в различные эпохи
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КАЛЕНДАРЬ - О корненожках, благородной яшме и шкале относительного возраста
ЛЕТОПИСЬ ДРЕВНИХ СКАЛ - О разрушении горных пород и директоре Королевского ботанического сада
ПЛАСТЫ РАССКАЗЫВАЮТ - О песочных часах, коралловых рифах, курганах Батыя, озерах и дождевых червях
СОЛЬ ОКЕАНА - Об английском астрономе, о морской воде и реках, засоряющих море
ТАИНСТВЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - О соли, светящейся в темноте, о солнечном газе и дне рождения новой науки
ВЕЧНЫЕ ЧАСЫ - О появлении новых элементов и о нескольких способах определения возраста земных слоев
ШКАЛА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗРАСТА - О небесных странниках и о том, что известно сегодня о возрасте Земли
В СТЕНАХ ЛАБОРАТОРИИ - О трассерах, пламенных фотометрах и терпении
НЕОЖИДАННЫЕ ЗАТРУДНЕНИЯ - Об искусстве скрывать число прожитых лет
СОВСЕМ НЕДАВНО - О древнем угле и возрасте археологических находок
ДРЕВНИЕ КОМПАСЫ - О магнитных свойствах горных пород и шкале геомагнитной полярности
ПОЧЕМУ ОНИ ВЫМЕРЛИ? - О потоке космических лучей, гибели ящеров и полной неопределенности
ВОЗДУХ, КОТОРЫМ МЫ ДЫШИМ - О жизни зеленого царства, о лесах, обращенных в камень, и кислороде-убийце
ПУЛЬС ГАЛАКТИКИ - О великих оледенениях, слоистой глине и космическом пути Солнца
КОЛЬЦА ВРЕМЕНИ - О желтой сосне, рубленых церквах. Холопьей улице и коммунальном хозяйстве Новгорода
КОСТИ ОБРЕТАЮТ ГОЛОС - О возрасте ископаемых скелетов, минеральном веществе и коллагене
ВОЗРАСТ КАМНЯ - О связи разных летосчислений и подарке исчезнувших морей
СЛОВО БЕРЕТ АСТРОНОМИЯ - О годе длиной четыреста дней и еще раз о кораллах
ДОРОГА НЕ КОНЧАЕТСЯ - О поисках и перспективах


РОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ
О появлении на свет планеты, играющей немаловажную роль в жизни читателя
Древние иранские мифы рассказывают, что мир был сотворен 12 тыс. лет назад. Вавилонские жрецы, достигшие огромных успехов в математике и астрологии, считали, что возраст Земли около 2 млн. лет. Трактуя различные сведения, собранные в Священном писании, средневековые теологи неоднократно пытались вычислить возраст Земли. Изучив текст Библии, архиепископ Иероним пришел к заключению, что мир был сотворен за 3941 год до начала современного летосчисления. Его коллега Феофил — епископ антиохский увеличил этот срок до 5515 лет. Августин Блаженный прибавил к нему еще 36 лет, а ирландский архиепископ Джеймс Ашер, явно неравнодушный к точным цифрам, высказал предположение, что мир был создан в утренние часы 26 октября 4004 г. до рождества Христова.
Шли годы. Поэтические легенды древности и символические трактаты средневековья не могли более удовлетворять насущные требования человечества и уступили место строгой научной формулировке, беспристрастному анализу, вере в материальность мира. Но по-прежнему людей продолжали интересовать вопросы: как образовалась наша планета и какие силы породили этот голубой шар с его горами и реками, льдами полюсов и огнем недр?
Поскольку никому не удастся проникнуть в далекое прошлое и воочию наблюдать рождение Земли, остается довольствоваться более или менее достоверными предположениями, догадками, гипотезами — путь трудный и часто неблагодарный. Так шахматист шаг за шагом восстанавливает последовательность ходов, которые могли привести к сложившейся на доске позиции. А может быть, таких путей было несколько? Значит, надо накапливать новые сведения в дополнение к огромным запасам фактов, уже хранящихся в арсенале научных знаний.
Ушли в прошлое первые попытки объяснить происхождение Земли. Одни из них строились на религиозных преданиях, другие, возможно, имели научный смысл, но были написаны иносказательным языком. Не расшифрованные, они кажутся сегодня набором мистических фраз.
Идеи о том, что Земля возникла в результате естественных процессов, высказывали в XVII столетии французский математик Рене Декарт и президент Берлинской академии наук, математик и философ Готфрид Лейбниц. Но лишь в XVIII веке были предложены первые научные концепции, которые можно считать космогоническими гипотезами в современном понимании этого термина. Их авторами были немецкий философ Иммануил Кант и французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас.
Согласно гипотезе Лапласа на месте Солнечной системы некогда существовала огромная раскаленная газовая туманность. Под действием охлаждения и взаимного тяготения газовых частиц она начала постепенно сжиматься и, вращаясь, приобрела уплощенную, приплюснутую форму. Но эти же процессы вызвали увеличение центробежной силы. От сгустка материи отделилось газовое кольцо, которое разорвалось, а затем сгустилось в шар, продолжавший вращение вокруг центра туманности. Сжатие ядра туманности не прекращалось. От ее экватора отрывались все новые и новые кольца, сгущавшиеся в шаровидные планеты. Подобным же образом, отделяясь от планет, возникли их спутники. А уплотнившаяся центральная часть туманности в конечном итоге превратилась в звезду, снабжающую дочерние планеты светом и теплом.
Кант выдвинул свои предположения раньше Лапласа, но опубликовал их анонимно. Поэтому долгое время не было известно, кто же автор гипотезы. В отличие от Лапласа, Кант считал, что в планетную систему сгустились не раскаленные газы, а холодные космические частицы. При этом первым образовалось Солнце, а планеты сформировались несколько позднее.
Почти столетие гипотезы Канта и Лапласа служили общепризнанным объяснением становления Солнечной системы. Только с конца прошлого века стали появляться некоторые дополнения к ним и делаться попытки взглянуть на образование Земли и других планет с иных позиций.
Так, в 1905 г. американские ученые астроном Форест Мультон и геолог Томас Чемберлин предположили, что мимо Солнца некогда прошла другая звезда, притяжение которой вызвало на поверхности нашего светила мощные приливы. С гребней приливных волн по направлению к проходящей звезде стали отделяться бесформенные хлопья солнечной м'атерии. Охлаждаясь, эта материя образовала небольшие сгущения — «планетезимали». Некоторые из таких сгущений, слившись воедино, превратились в протопланеты, одной из которых была прото-Земля. Поначалу Земля была значительно меньше, чем ныне; ее размеры постепенно увеличивались за счет мелких планетезималей и метеоритов.
В 1919 г. английский физик Джеймс Джине, проанализировав весь накопленный к тому времени материал по астрофизике и небесной механике, опубликовал работу «Проблемы космологии и звездной динамики», в которой предложил еще одну схему образования Солнечной системы. Подобно своим предшественникам. Джине считал, что Солнце было сначала одинокой звездой. Блуждая в просторах Вселенной, оно встретило на своем пути другую звезду. Под действием силы ее притяжения огромная масса вещества выплеснулась из Солнца и в сигарообразной форме протянулась навстречу этой звезде. Но звезда прошла мимо, а гигантская струя раскаленного солнечного вещества раздробилась на части, и при охлаждении из них возникли планеты.
Долгое время эта гипотеза считалась очень удачной. Но слишком мала вероятность подобной встречи звезд. Сам Джине полагал, что такая встреча может произойти только в одном случае из триллиона звездных сближений. К тому же выяснилось, что расчеты исследователя не могли объяснить происхождение комет, спутников планет и особенности движения некоторых планет, относящихся к группе Юпитера.
Развивая идеи Джинса, английский геофизик Харолд Джефрис предположил, что выброс солнечного вещества произошел не в результате сближения двух звезд, а вследствие удара, который нанесла Солнцу звезда, задевшая его по касательной. Но такое столкновение, по-видимому, еще менее вероятно, чем возможность самого прохождения вблизи Солнца другой звезды.
Когда же в конце 30-х годов появилось сообщение шведского астронома Эрика Хольмберга об открытии плането-подобных спутников звезд, и вслед за тем советские и американские исследователи установили, что собственные планеты может иметь приблизительно каждая десятая звезда, располагающаяся на удалении от Солнца до 16 световых лет, гипотеза Джинса и другие построения, предполагавшие уникальность Солнечной системы, утратили свое значение. А после того как в 1942 г. советский геофизик и астроном Николай Николаевич Парийский произвел расчеты, доказавшие, что нынешние траектории планет не могли бы сформироваться, если бы планетные тела образовались из газовой струи, выброшенной из Солнца, идеи Джинса — Джефриса были окончательно оставлены.
В 1944 г. советский академик Отто Юльевич Шмидт предложил другую гипотезу рождения планет. По его гипотезе Солнце, проходя сквозь межзвездное облако пыли и газов, увлекло за собой часть этого облака. Захваченные притяжением пылевые и газовые частицы вращались вокруг Солнца в одной плоскости, сталкивались, образовывали скопления. Мелкие частицы сливались друг с другом, более крупные притягивали к себе мелкие и, обрастая ими, непрерывно увеличивались в размере. Так постепенно росли будущие планеты. Математический аппарат, использованный в доказательствах Шмидта, сомнений не вызывал. Но захват звездой газопылевого облака — явление почти столь же маловероятное, как столкновение двух звезд, летящих в космическом пространстве.
Другой советский ученый, академик Василий Григорьевич Фесенков, объяснил происхождение Солнечной системы по-иному. Судя по сходству химического состава земной коры и солнечной атмосферы, Земля и другие планеты вполне могли иметь «солнечное» происхождение. По-видимому, Солнце некогда вращалось вокруг своей оси значительно быстрее, чем теперь. Вследствие такого вращения в экваториальной части светила возник вырост, от которого стали отделяться планеты. Утолщение на теле Солнца имело сравнительно невысокую температуру. Поэтому газы новорожденных планет не рассеивались в мировом пространстве и сами планеты сравнительно быстро охлаждались. Постепенно удаляясь от Солнца, они заняли свое нынешнее положение.
В 1950 г. известный американский исследователь Дж.П.Койпер высказал предположение, что Солнце входило ранее в систему двойной звезды. Одна из этих звезд рассеялась в пространстве и стала материалом для газопылевого облака, из которого затем сформировались планеты.
В последующие годы было предпринято немало попыток дать более строгое объяснение возможным процессам образования Солнечной системы. Появились новые идеи о возрождении и развитии модели Канта — Лапласа на основе современных достижений космической электродинамики. Предложено оригинальное объяснение причин турбулентных движений космического вещества, вызываемых конвекцией. Высказаны интересные мысли о закономерностях сжатия про-топланетного облака; предполагается, что толчком, нарушившим равновесие первичной газопылевой туманности, явился взрыв сверхновой звезды...
Многочисленным гипотезам о происхождении Земли посвящена обширная литература, содержащая бурную полемику, доводы за и против, остроумные доказательства, строгую критику. Большинство ученых, занимающихся проблемами космогонии, полагают, что Солнечная система сформировалась из прародительского космического облака, в котором возникли некие центры сгущения вещества. Но у астрономов, геологов и физиков еще не сложилось единого мнения о причинах образования нашей планеты, и ни одна из предложенных гипотез не может в полной мере объяснить строения Солнечной системы. Можно с уверенностью сказать, что вопрос о том, как произошла Земля, еще ждет своего решения.
Для того чтобы найти верный ответ на этот вопрос, предстоит разрешить еще немало загадок, заданных природой. Видное место среди них занимает проблема времени. Сколько миллионов или миллиардов лет длилось формирование земных слоев? Можно ли оценить во времени процесс становления Земли как планеты? Какими часами измерить продолжительность жизни Солнечной системы? Сколько лет Земле?

КАМЕННАЯ РУКОПИСЬ
Об окаменелостях, землемере Уильяме Смите, умельцах Черепановых и автомобиле
С давних пор в каменоломнях и шахтах, а иногда просто на земной поверхности люди находили странные образования, напоминавшие то листья растений, то кости животных, то раковины моллюсков. Эти таинственные формы были похожи на настоящие листья и кости, но откуда глубоко под землей могли появиться останки организмов?
Одни ученые считали, что загадочные ископаемые, так поразительно напоминающие растения и животных, представляют собой окаменевшие «соки земли»; другие полагали, что это результат «игры природы»; третьи выдвигали предположение об их самопроизвольном зарождении.
Но примерно в середине XVIII века все эти взгляды уступили место так называемой дилювиальной теории, или теории потопа (по-латыни потоп—дилювий). Согласно этой теории все окаменелости рассматривались как останки животных и растений, погибших во время всемирного потопа.
Дилювиальная теория была значительным шагом вперед по сравнению со всеми существовавшими до нее предположениями. Теперь к ископаемым стали относиться как к останкам подлинных, действительно живших организмов, их начали собирать и тщательно описывать. Эти описания сопровождались рисунками. Впервые в геологической литературе появились атласы с изображением целых комплексов ископаемых растений и скелетов животных. Зарождалась новая наука, которую позже назвали палеонтологией, что по-гречески означает «учение о древних организмах».
Сравнивая окаменелости с современными животными и растениями, ученые делали первые попытки установить условия, в которых жили погибшие организмы. Ископаемые не позволяли установить год потопа, в результате которого погибли обитатели Земли, но некоторые признаки окаменелостей, казалось, давали возможность судить хотя бы о сезоне, когда могло произойти это событие.
В 1702 г. английский естествоиспытатель Джон Вудворд издал книгу «Естественная история Земли», где описал, в частности, ископаемые орехи. Вудворд обратил внимание на то, что эти орехи неспелые. Следовательно, они были погребены в конце весны, когда плоды уже образовались, но созреть еще не успели. К такому же выводу пришел швейцарский коллега Вудворда — Иоганн Якоб Шойхцер, исследовавший растительные остатки, которые он принял за незрелые колосья. Шойхцер тоже предполагал, что потоп произошел приблизительно в мае.
Но относительно времени начала потопа среди ученых не было единого мнения. Каждый исследователь называл новые сроки. Вот, например, что писал в 1758 г. Дж. Парсонс*, изучавший ископаемые плоды с острова Шеппи в устье Темзы: «Если эти плоды, которые я имею честь положить перед Вами, являются додилювиальными, то можно представить, как это делал доктор Вудворд, что они в некоторой степени указывают время года, когда произошел Потоп. Вудворд полагал, что Потоп имел место в мае, но его мнение встречает возражения... Найденные окаменевшие плоды столь совершенны, что заставляют предполагать, что они были вполне зрелыми, когда были захоронены в тех местах, в которых они найдены. Это убеждает нас в том, что Потоп произошел ближе к августу». Некоторые были еще более категоричны. Так, вышеупомянутый ирландский архиепископ Ашер в своем труде «Анналы мира», ссылаясь на находки ископаемых, решительно заявил, что потоп начался в воскресенье 7 декабря — ни раньше, ни позже.

* Parsons J. An account of some fossil fruits and other bodies found in the Island Shepey. - Roy. Soc. London, Phil. Trans., 1758, vol. 50, pt. 1, p. 402.

Но по мере того как росло количество собранных ископаемых остатков, станопи чось все более очевидным, что многие ископаемые животные и растения совершенно не похожи на существующих ныне. С учетом этого стали высказываться предположения, что среди окаменелостей встречаются не только предшественники современных организмов, но и «допотопные» группы, погибшие во время катастрофы и не имеющие аналогов в современном растительном и животном мире. Кроме того, предлагалось различать «туземные» формы, погребенные там, где они обитали, и остатки «экзотических» организмов, которые жили в других областях и были перенесены к местам их захоронения во время потопа.


Ископаемые остатки древних организмов: 1 - отпечаток листа пальмы 2 - хвойное растение {Watchia} ; 3 - раковина брюхоногого моллюска 4-аммонит {Cardioceras cordatum}; 5 - личинка бранхиозавра.

Уже в 1760 г. толща земных отложений была подразделена на три последовательно сменяющие друг друга группы горных пород: первичную, вторичную и третичную. Сопоставляя находки ископаемых организмов с этой первой грубой шкалой, исследователи убеждались, что отличия древних животных и растений от современных тем заметнее, чем глубже залегают пласты, заключающие в себе окаменелости. Но связать разрозненные наблюдения в единую непротиворечивую гипотезу долгое время не удавалось.
В 1796 г. в графстве Сомерсетшир на юго-западе Англии работал на прокладке канала землемер Уильям Смит. Наблюдая различные слои горных пород, он заметил, что в каждом встречаются «органические ископаемые», присущие только этому слою. В одних пластах есть многочисленные раковины, в других — отпечатки растений; некоторые же толщи вообще лишены ископаемых остатков. Смит стал собирать окаменелости из каждого слоя. Изучив их, он составил первую таблицу последовательности геологических отложений Англии. А через несколько лет, выпустив в свет «Геологическую карту Англии, Уэльса и части Шотландии», Смит приступил к изданию своего исторического труда под названием «Пласты, определяемые по их органическим ископаемым». В предисловии он писал, что окаменелости дают ключ к познанию подпочвенных слоев, и подчеркивал, что находить и распознавать их могут даже люди совершенно неграмотные.
После работ Смита уже не оставалось сомнений в том, что животный и растительный мир на протяжении истории Земли неоднократно изменялся. Этот факт невозможно было объяснить с точки зрения дилювиальной теории, утверждавшей, что и теперь на Земле обитают те же виды животных и растений, которые жили на ней до потопа. Гипотеза о всемирном потопе утратила свою ценность. Становилось все яснее, что чем древнее организмы, тем существеннее разница между ними и современными животными.
Попытку истолковать это явление сделал французский ученый, основатель сравнительной палеонтологии Жорж Кювье. Он высказал мысль, что в былые времена на нашей планете неоднократно происходили катаклизмы — колоссальные катастрофы, в результате которых гибло большинство обитателей Земли. И после каждого такого переворота животный мир возрождался, но уже в ином составе.
Теория катастроф сыграла в геологии и палеонтологии большую роль. Она утвердила идею, что история Земли распадается на ряд этапов, каждому из которых свойственны определенные формы животных и растений.
Признание значения окаменелостей для определения возраста земных слоев заметно оживило развитие всех областей геологической науки и существенно способствовало их прогрессу. Изучение ископаемых остатков подтвердило, что до потопа существовал протяженный ряд многократно сменявших друг друга сообществ организмов. Палеонтологические материалы стали широко использовать при составлении геологических карт и поисках месторождений минерального сырья.
Против теории катаклизмов выступил французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк. С начала XIX века один за другим выходят в свет его основополагающие труды: «Гидрогеология», «Естественная история растений», «Философия зоологии» и многотомная «Естественная история безпозвоночных животных». Намного опередив свою эпоху, Ламарк создал первое стройное учение о развитии органического мира, обосновал новую систематику животных, уточнил принципы ботаники, впервые развил эволюционные идеи в биологии и высказал мысль, что и сам человек является результатом исторического развития жизни.
Современники не смогли в полной мере оценить значение работ Ламарка. Но провозглашенные им воззрения и его огромный научный авторитет оказали определенное влияние даже на тех исследователей, которые продолжали оставаться убежденными катастрофистами. Следствием этого стали многочисленные смелые попытки установить закономерности появления различных групп организмов во времени.
В 1820 г. немецкий ученый Каспар Штернберг подразделил историю растительного мира Земли на три больших периода. Восемь лет спустя французский геолог и палеоботаник Александр Броньяр установил существование четырех периодов. Данные этих исследователей, занимавшихся изучением древней флоры, начали сопоставляться с материалами, полученными в разных странах специалистами по вымершим беспозвоночным. Это было рождение шкалы относительного — геологического — возраста земных слоев.
Теория катастроф продолжала оставаться главенствующей в науке на протяжении нескольких десятилетий. Положение ее пошатнулось только в середине прошлого века, когда в 1859 г. вышел в свет замечательный труд английского естествоиспытателя Чарлза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».
Выдвинутая Дарвином теория эволюции, согласно которой в облике животного и растительного мира происходит бесконечный ряд изменений, отражающих взаимоотношения организмов и изменения среды, где они живут, дала новый толчок развитию различных областей палеонтологии. Десятки людей во многих странах мира начинают интересоваться окаменелостями. Отовсюду поступают сообщения о новых находках ископаемых организмов.
Наука об относительном возрасте земных слоев стала развиваться быстрыми темпами. Работы по добыче камня отныне нередко сопровождались специально организованными поисками окаменелых остатков животных и растений. Росли палеонтологические коллекции. Накапливались знания об эпохах развития жизни на Земле.
И, быть может, никто из геологов не вспомнил о том, что в 30-х годах XIX столетия на уральских заводах работали два человека, не имевшие никакого отношения к науке о Земле. Они построили около 20 паровых машин и первый в России паровоз. Созданные ими паровозы работали на чугунной рельсовой дороге, проложенной между рудником и заводом. Речь идет о русских механиках-изобретателях Черепановых — отце Ефиме Алексеевиче и сыне Мироне Ефимовиче.
Задумался ли исследователь истории Земли над будущим своей науки, прослышав, что в Англии сорершил свой первый рейс между Манчестером и Ливерпулем первый в мире пассажирский поезд? И едва ли кто-нибудь знал, какое значение для палеонтологии будет иметь тот день, когда немецкие инженеры установят на колесной повозке двигатель внутреннего сгорания и родится еще одно детище техники — автомобиль.
Каким странным ни покажется это на первый взгляд, но изобретение двух новых средств передвижения оказало громадное влияние на прогресс науки о древних организмах. И не потому, что эти машины сделали доступными любые точки земного шара. Суть дела в том, что начавшееся в конце прошлого века быстрое развитие паровозо- и автомобилестроительной промышленности привело к необходимости прокладывать многие тысячи километров автомобильных и железных дорог. А это в свою очередь вызвало небывалый размах земляных работ.
Бесчисленная армия рабочих ежедневно переворачивает сотни тысяч тонн горных пород, строя насыпи, прорывая тоннели, котлованы и канавы. За предельно короткий срок большие пространства оказались изборожденными земляными выработками. Для паровозов и автомашин требовалось огромное количество топлива, и в поисках нефти и каменного угля тысячи новых шахт и буровых скважин пронзили толщу земной коры.
Все эти работы, проведенные за короткий отрезок времени на стыке XIX и XX столетий, дали возможность палеонтологам собрать такое количество ископаемых остатков животных, которое во много раз превышало все прежние сборы. Много интереснейших научных открытий было сделано именно в эти годы. Собранные материалы позволили внести уточнения в шкалу геологического возраста, которая создавалась геологами разных стран еще со времен господства дилювиальной теории.
Изучение геологических разрезов земной коры дает возможность выяснить, в какой последовательности формировались слагающие ее пласты. Чтобы сравнить между собой различные толщи осадочных образований, необходимо найти заключенные в них остатки древних животных или растений. Долгие и трудоемкие поиски окаменелостей, кропотливое изучение палеонтологических коллекций позволили установить характерные комплексы фауны и флоры, присущие каждому периоду истории Земли; помогли уточнить границы эпох; способствовали выяснению закономерностей развития органического мира нашей планеты. Все это дало возможность рассматривать ископаемые остатки вымерших растений и животных в качестве указателей относительного геологического возраста горных пород.
Но, склоняясь над коллекциями окаменелостей, освобождая из каменного плена скелеты вымерших животных, естествоиспытатели тщетно старались установить, сколько лет назад погибли эти обитатели Земли. И через века безответным вопросом звучали слова Леонардо да Винчи*: «О время, скорый истребитель возникших вещей, сколько народов ты уничтожило, сколько государств пало и сколько различных событий произошло с тех пор, как чудесная форма этой рыбы здесь умерла в пещерных и извилистых недрах?».
* Леонардо да Винчи. Избранное. М., Гос. изд-во худож. литературы, 1952, с. 219.

ЛЕСТНИЦА ЖИЗНИ
О том, какие животные и растения населяли Землю в различные эпохи
Исследуя ископаемые остатки животных и растений, палеонтологи установили, что историю нашей планеты можно подразделить на ряд больших этапов. Эти этапы названы эонами.
Первое время Земля, по-видимому, была необитаемой. Уныло плескались мелкие водоемы, хранили молчание безжизненные равнины, безмолвствовали голые скалы. Мертвую тишину нарушал только грохот вулканов, извергавших лаву и тучи раскаленного пепла. Это время получило название азойского (т. е. безжизненного) эона.
Но вот где-то на границе раздела теплых морских вод и суши возникли первые сложные соединения белка — коацер-ваты. От них произошли предвестники жизни — протобионты. Их еще нельзя считать ни растениями, ни животными. Но в этих маленьких белковых комочках уже теплилась настоящая жизнь: они питались, двигались и размножались. От протобионтов зародились другие, более сложные организмы.
Мы не знаем, как они выглядели, и можем судить о существовании этого древнейшего биоса лишь по находкам скоплении углистого вещества, имеющего явно органическое происхождение.
Вслед за ними появляются первые сине-зеленые водоросли и безъядерные бактерии — прокариоты, остатки которых найдены в более молодых слоях земной коры. Долгое время они остаются почти единственными обитателями планеты. Этот этап назван археозойским или архейским эоном.
На смену ему пришел протерозойский эон. В протерозойских слоях в обилии появились эукариоты — организмы, клетки которых имели ядра; к простейшим одноклеточным растениям здесь присоединились многоклеточные водоросли, в морях появились первые животные. Закачались на волнах водянистые медузы, на отмелях поселились гребневики, а на илистом дне закопошились различные черви, примитивные ракообразные и предки морских звезд — древние иглокожие.
В самом конце протерозоя под влиянием неизвестных пока причин развитие животного мира претерпевает революционную вспышку — и по всей Земле расселяется множество бесскелетных организмов, получивших название эдиа-карской фауны (по местонахождению Эдиакара в Австралии, где они впервые были обнаружены). Кишечнополостные, членистоногие, черви и другие существовавшие ранее группы животных дополняются рядом беспозвоночных неясного систематического положения, свойственных только этой эпохе. Некоторые исследователи считают, что именно от этих беспозвоночных произошли многие ныне живущие скелетные организмы. В этих же слоях появляются и первые животные, имевшие кремневый скелет, — радиолярии.
Азойский, архейский и протерозойский зоны объединяются под общим названием криптозой — этап скрытой жизни (от греческого слова «криптос»—скрытый). В соответствии с положением в геологическом разрезе земной коры криптозой-ские отложения именуются также докембрийскими или докембрием.
Наши познания о развитии жизни на Земле в докембрии очень отрывочны и несовершенны. Слишком мало данных сохранила геологическая летопись об этом времени, составляющем почти 9/10 всей продолжительности существования нашей планеты. Но неполнота знаний о ранних этапах развития жизни отчасти компенсируется огромным количеством геологических и палеонтологических сведений о явлениях, происходивших на Земле в последующую эпоху.
После протерозоя наступил фанерозойский эон, или фанерозой, — этап явной жизни (от греческого «фанерос» — явный). Обилие собранного материала позволило составить для этого отрезка времени подробную геохронологическую шкалу, в которой за признаки возрастного разделения приняты различные группы и комплексы животных и растении.


Животный мир криптоэоя: 1 - медуза; 2 - морские лилии; 3- радиолярии; 4 - морские звезды.

Фанерозой подразделяется на три эры: палеозойскую (эру древней жизни), мезозойскую (эру средней жизни) и кайнозойскую (эру новой жизни). Палеозой, мезозой и кайнозой — так кратко называют их геологи. Каждая эра состоит из нескольких геологических периодов.
Палеозой охватывает шесть периодов: кембрийский (кембрий),ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь).
В начале палеозойской эры, после оледенения, которым завершился протерозой, на всей Земле установился мягкий, теплый климат. Большая часть планеты была покрыта морем. Такие современные территории, как Алтай, Урал, Северная Африка, в те времена представляли собой обширные впадины. Над которыми катились волны океана.
Наступление кембрийского периода ознаменовалось новым, небывалым в истории Земли «биологическим взрывом». Почти внезапно (в геологических масштабах) во всех морях появилось огромное количество беспозвоночных животных, большинство из которых, в отличие от более древних организмов, имели прочные скелеты. Кембрийская фауна представлена тысячами видов разнообразных существ, нередко достигавших высокой степени биологического развития. Главное место среди них занимают животные, получившие название археоциат и трилобитов.
Археоциаты жили на дне и, прирастая к нему, строили известковые рифы. Эти животные, достигавшие иногда полутора метров в высоту, имели форму бокала, благодаря чему они и заслужили свое название (от греческого «киатос» — кубок, чаша). Известковые скелеты археоциат имели вид чаши, конуса или цилиндра с двойными стенками, между которыми располагались поперечные перегородки.
Трилобиты — отдаленные родственники ракообразных, появившиеся одновременно с археоциатами. Трилобиты были водными животными, которые ползали по дну моря. Туловище и хвост трилобитов, подобно хвосту современного рака, состояли из ряда члеников. Иногда эти членики оканчивались острыми шипами. Тело трилобита было покрыто прочными щитками, которые предохраняли животное от нападения врагов. Трилобиты любили селиться на песчаном и илистом грунте, где скапливалось много мелких животных и растений, служивших им пищей. Поскольку кембрийские трилобиты обитали в мутной придонной воде, глаза у многих из них были развиты очень слабо, а у некоторых вообще отсутствовали.
Кроме трилобитов и археоциат в кембрийском море жили медузы, древние кораллы, примитивные морские звезды, губки, брюхоногие моллюски — гастроподы. Здесь же появляются первые представители брахиопод и панцирных рыб.
На протяжении кембрийского периода жизнь концентрировалась главным образом в воде, но есть основания считать, что в это же время и на суше появились первые примитивные наземные растения.
На смену кембрийскому периоду пришел ордовикский, за которым последовал силурийский. В начале ордовика материки испытали погружение. Но вскоре они снова начали подниматься. Это поднятие сопровождалось образованием гор, землетрясениями и вулканическими извержениями. Поэтому на протяжении значительной части ордовикского и силурийского периодов моря были мелкими, а в конце силура многие области и вовсе освободились от них.
В ордовикском периоде вымерли археоциаты, зато трилобиты расселились по всему земному шару и стали одной из наиболее распространенных групп животных. Зрение у новых трилобитов было развито превосходно. Если у первых представителей этого класса единственной защитой от хищников служили щитки, покрывавшие тело, да шипы на боках, то их силурийские потомки научились плавать и приобрели к тому же способность свертываться в клубок при опасности.
Вместе с трилобитами в морских водах жили крупные головоногие моллюски наутилусы, у которых были крепкие массивные закрученные раковины, достигавшие иногда полутора-двух метров. Эти большие моллюски были хищниками и, наверное, охотились на трилобитов.
Значительного расцвета достигли в ордовике кораллы и мшанки, появились первые позвоночные животные — бесчелюстные.
В силуре в морях обновился состав кораллов и поселились новые обитатели: морские ежи, морские лилии и многочисленные панцирные рыбы, тело которых было покрыто снаружи прочной защитной броней. Панцирные рыбы не имели ни костей, ни парных плавников. Неискушенному наблюдателю трудно признать в них рыбу. Но тем не менее эти странные существа, напоминавшие бронированных червей, уже возвещают о зарождении класса рыб.
Можно упомянуть еще одну интересную форму животных, встречающихся в ордовикских и силурийских отложениях. Названы эти организмы граптолитами. Граптолиты жили колониями. Каждый организм находился в камере, построенной из рогового вещества — хитина. Хитиновая оболочка камеры была пронизана тонкими известковыми нитями. А вся колония имела вид нескольких веточек, собранных в пучок и прикрепленных к известковой пластинке. Одни граптолиты, очевидно, были донными животными и выглядели, как маленькие кустики, приросшие к морскому грунту. Другие обладали небольшим воздушным пузырем, который удерживал колонию близ поверхности воды. Подобно медузам, они носились по воле морских течении.
Размеры граптолитов невелики — всего несколько сантиметров, но в силурийских морях их было такое множество, что скапливавшиеся на дне трупы животных со временем образовали мощные залежи темной породы, которая называется «письменным камнем». Если взглянуть на плиту такого камня, то покажется, будто он весь испещрен надписями на каком-то восточном языке. Эти «письмена» и представляют собой окаменелые остатки граптолитовых колоний.
Одновременно с развитием жизни в море на влажных участках земной поверхности впервые появились крупные растения—псилофиты, которые после своей гибели образовали первые в истории Земли ископаемые почвы и небольшие залежи каменного угля.
Но животный мир на континентах был по-прежнему очень беден. Только скорпионы да многоножки смогли прижиться на суше.
На границе силурийского и последовавшего за ним девонского периода произошло интенсивное горообразование. Море покинуло большинство занимаемых им областей, и громадные пространства превратились в сушу. На протяжении девона воды океана еще раз пытались затопить материки, но в конце этого периода море снова отступило.
В начале девона вымирает большинство граптолитов и приходят в упадок многие группы трилобитов. Зато настоящего расцвета достигают рыбы. По-прежнему копошатся в песке бронированные панцирные рыбы. Теперь они стали крупнее и подвижнее. Наряду с ними в открытых водах поселяются первые акулы. А в пересыхающих водоемах возникает большая группа двоякодышащих рыб. Пребывая в родной — водной — стихии, эти рыбы дышали жабрами, но если водоем высыхал, они не страдали из-за отсутствия воды, ибо кроме жабр у двоякодышащих рыб имелись легкие, позволявшие им свободно дышать воздухом.
Отступание моря вызвало у некоторых рыб формирование еще одного приспособления: их плавники стали служить для ползания и со временем превратились в отдаленное подобие ног. Такие рыбы названы кистеперыми.
На суше в это время широко распространяются многоножки и появляются первые насекомые. Древние растения — псилофиты — постепенно вымирают, их место захватывают папоротники, хвощи и плауны. Нынешние папоротники редко достигают двухметровой высоты, а плауны и хвощи обычно представляют собой сейчас низкорослую травку. Правда, в лесах Южной Америки встречаются некоторые виды хвощей, достигающие десятиметровой длины, но стебель этих растений не толще полутора сантиметров. Палеозойские предки современных растений по размерам намного превосходили своих потомков. Это были стройные деревья высотой 30 м и более, стволы которых имели около 2 м в поперечнике. Могучие леса этих растений после своей гибели образовали много залежей каменного угля. Отсюда и произошло название очередного периода — каменноугольный.
На протяжении каменноугольного периода наметилось распределение растительности по климатическим зонам: в тропиках произрастали теплолюбивые папоротниковые леса, а ближе к полюсам появились растения, приспособившиеся к более холодным условиям.


Органический мир палеозоя: 1 - сигиллярия 2 - протолепидодендрон - предшественник современных плаунов; 3 - гигантская хищная стрекоза (Meganeura); 4-диметродон. один из первых зверозубых яшеоов; 5 - змеевидная актиния (Dolichosoma); 6 - пресноводная костеперая рыба (Osteolepis)

В морских водоемах в это время продолжают вымирать граптолиты и древние гастроподы, но появляются новые группы брахиопод, кораллов и рыб. Среди головоногих моллюсков начинают преобладать более высокоорганизованные животные — аммоноидеи.
В каменноугольном периоде уже существовали все известные ныне группы животных, за исключением птиц и млекопитающих. Сильно размножились насекомые. Среди зарослей громадных папоротников сновали гигантские стрекозы, достигавшие 70 см. Другие насекомые по размерам тоже не уступали стрекозам.
В прибрежных болотистых плавнях тем временем появились первые четвероногие — земноводные. Древнейшие земноводные, происшедшие от кистеперых рыб, получили название стегоцефалов, т. е. панцирноголовых. Первые стегоцефалы были похожи на нынешних тритонов. Они двигались по суше еще неумело, загребая землю лапами, и движение их напоминало скорее плавание, чем ходьбу.
Но очень скоро земноводные освоились с новыми условиями жизни. Стегоцефалы научились проворно передвигаться и превратились в крупных хищников с огромной, прекрасно развитой пастью. Многие из них окончательно переселились на сушу и только весной возвращались в воду метать икру. За короткий срок земноводные заняли господствующее положение среди животных Земли.
И одновременно с расцветом земноводных в середине каменноугольного периода появляются первые представители нового класса животных — пресмыкающиеся.
За каменноугольным периодом наступил последний — пермский — период палеозойской эры. Название этому периоду было дано в 1841 г. по уральскому городу Пермь, в окрестностях которого впервые обнаружены отложения этого возраста.
В начале пермского периода на Земле сохранялись густые леса папоротников, хвощей и плаунов. Но во второй половине периода климат становится холоднее и суше. Гибнут папоротниковые леса. Вымирают гигантские насекомые. В связи с общим похолоданием начинают развиваться хвойные растения. На месте бывших влажных территорий, недавно покрытых лесами, появляются пустыни — впервые в Северном полушарии возникает обширная засушливая зона.
В начале пермского периода море было распространено на сравнительно небольших площадях. К концу перми пространство, занимаемое морями, сокращается еще больше и многие морские бассейны превращаются либо в солоно-ватоводные лагуны, в которых отлагались природные соли, либо в пресноводные озера, где накапливались толщи горючих органических осадков. Иногда море наступало, но его наступления были кратковременными и не очень значительными.
В пермских морях вымирают трилобиты, исчезают панцирные рыбы, зато широко распространяются многочисленные акулы.
Размножились и достигли крупных размеров земноводные, но и этот класс уже имеет некоторые признаки упадка. Интенсивно развиваются пресмыкающиеся, которым суждено вскоре окончательно вытеснить земноводных. От стегоцефалов произошли древние травоядные пресмыкающиеся — котилозавры, сохранившие много черт своих предков. Рядом с ними обитали хищные териодонты — зверозубые ящеры, по строению черепа и зубов напоминавшие примитивных млекопитающих.
Пресмыкающиеся имели существенные преимущества перед земноводными. Они не метали икру в воде, а откладывали яйца в хорошо прогреваемый солнцем песок. Тело их было защищено от чрезмерного испарения роговыми покровами или чешуей. Некоторые из пресмыкающихся вели полуводный образ жизни, другие в случае необходимости могли, подобно кроту, зарываться в землю. Такие животные гораздо легче приспосабливались к изменениям климата и имели значительно больше шансов на победу в борьбе за существование, чем прихотливые древние земноводные.
С расцветом пресмыкающихся открывается новая страница истории Земли, известная под названием мезозойской эры. Мезозойская эра состоит из трех периодов: триасового (триаса), юрского (юры) и мелового (мела).
Триасовый период характеризовался относительно устойчивым климатом. Материки занимали большие площади;
образования новых гор почти не происходило. Лета и зимы в привычном нам понимании тогда, по-видимому, не было, и времена года представляли собой только чередование влажных, обильных осадками и более сухих сезонов. В лесах преобладали голосеменные растения: саговниковые, гинкго-вые и хвойные. Из древних групп растительности в достаточном количестве в триасе сохранились только хвощи и папоротники, но теперь они выглядели куда менее величественно, чем в каменноугольном или пермском периоде.
Произошли изменения и в составе животного мира. В начале мезозойской эры земноводные окончательно уступили место пресмыкающимся. В конце триасового периода вымирают стегоцефалы. Появляются новые семейства и роды пресмыкающихся — первые ящеры, крокодилы и черепахи. От котилозавров произошла большая группа крупных пресмыкающихся, которые за свой устрашающий внешний вид получили название динозавров, т, е. «ужасных ящеров».
Пресмыкающиеся начинают быстро осваивать новые и новые области материков. Но условия жизни на континентах оказались неблагоприятными для некоторых представителей этого класса. В связи с этим часть пресмыкающихся, с таким трудом завоевавших сушу, снова возвращается в ту стихию, откуда вышли ее далекие предки, — в море. Конечности этих животных укорачиваются, между пальцами появляется плавательная перепонка, и ноги вновь превращаются в плавники. Одними из первых вернулись к водному образу жизни живородящие рыбоящеры — ихтиозавры.
Параллельно с прогрессом пресмыкающихся возникает новый класс животных — млекопитающие. Первые млекопитающие были слабыми зверьками, которые питались насекомыми. Ничтожными и хилыми выглядели они по сравнению с гигантами динозаврами.
Триасовый период сменился юрским. В начале юрского периода море активно наступало на материки. Климат этого времени на громадных территориях был близок к тропическому или субтропическому. Теплые и влажные климатические условия способствовали расцвету флоры. На континентах произрастала буйная растительность, оставившая в память о себе немало месторождений каменного угля.
В юрском периоде на суше господствуют гигантские динозавры. Триасовые формы пресмыкающихся вымирают, и их место занимают новые роды ящеров. Некоторые семейства пресмыкающихся продолжают переходить к водному образу жизни. Животный мир моря обогащается новыми видами плавающих ящеров. Наряду с ними в водах океана обитают крупные черепахи и не дожившие до наших дней морские крокодилы.
Но пресмыкающиеся не ограничиваются покорением морей, они устремляются в воздух. Появляются крылатые летающие ящеры — птеродактили и рамфоринхусы. И наконец, пожалуй, самое крупное биологическое событие юрского периода: в воздух поднимаются первые птицы — археоптерикс и археорнис.
В конце юрского периода происходит сильное горообразование. Начинает формироваться кольцо хребтов, опоясывающих чашу Тихого океана. Горы эти продолжают расти и в начале следующего — мелового — периода. В меловом периоде по крайней мере дважды усиливалось формирование гор и изменялись границы материков.


Органический мир мезозоя: 1 - археоптерикс, древнейшая из известных птиц; 2 - саговая пальма; 3 -стегозавр, наземный динозавр юрского периода; 4 - плезиозавр, обитатель юрских морей; 5- гигантская черепаха (Archelon)

Наземная растительность в мелу поначалу оставалась почти такой же, как в юрском периоде. Но во второй половине мелового периода, который геологи называют поздним мелом, широко распространились цветковые растения, которые начали быстро вытеснять представителей древней флоры. В позднемеловых отложениях уже встречаются отпечатки растений, существующих и в наши дни, таких как дуб, береза, бук, ива, платан, лавр, магнолия.
В меловом периоде процветают летающие ящеры. В слоях этого возраста найдены кости гигантских хищных птеранодонов, размах крыльев которых достигал 8 м.
Заселившие сушу динозавры представлены множеством самых разнообразных форм. Среди них есть хищники и травоядные, передвигающиеся на четырех ногах и приспособившиеся к двуногому хождению.
Обновляется животный мир моря. По-прежнему плавают здесь гигантские черепахи и гоняются за добычей морские крокодилы. Но рядом с ними на арену борьбы выходят новые водные змееподобные ящеры — мозазавры и долихозавры. А в болотистых местностях выползают погреться на солнце первые настоящие змеи.
Птицы, появившиеся в юрском периоде, в мелу начинают усиленно развиваться. Борьба этого класса животных за существование увенчалась успехом, и в конце мела появляется много разнообразных птиц. Среди них сухопутные и водные, умеющие летать и бескрылые, зубастые и беззубые.
Только млекопитающие продолжали оставаться небольшими слабыми животными. Они по-прежнему скромно ютились на Земле, населенной могучими ящерами и хищными птицами. Но в самом конце мела наземные и водные динозавры, летающие ящеры, морские крокодилы и зубастые птицы начинают вымирать и вскоре полностью исчезают с нашей планеты. Одновременно с ними вымирают и древние морские беспозвоночные — аммоноидеи.
Меловой период завершает мезозойскую эру. Жизнь на Земле вступает в очередную фазу развития — начинается кайнозойская эра. Она состоит из трех периодов: палеогенового, неогенового и четвертичного. Иногда геологи рассматривают палеоген и неоген совместно, объединяя их под названием третичного периода.
В кайнозое произошел целый ряд горообразовательных движений. Море наступало на сушу и вновь отступало, материки неоднократно меняли свои очертания, пока не приобрели те формы, которые мы видим на современной географической карте.
Климат в палеогене был несколько холоднее, чем в предшествовавшем меловом периоде, но несравненно жарче, чем сейчас. В европейской части нашей страны росли магнолии и пальмы, на севере Америки — инжир и бананы, на островах Северного Ледовитого океана — виноград и кипарисы. Но среди зарослей теплолюбивых растений были не редкостью и те деревья, которые в наши дни предпочитают произрастать в лесах умеренного пояса, например, дуб, вяз, береза.
К неогеновому времени в умеренной зоне вечнозеленые растения уступили место листопадным деревьям. Появились разнообразные травы. И к концу периода обособились степи, лесостепи, тайга и тундра. Лишь в южных районах флора не претерпела столь резких изменений.
Обилие растительности, расцвет новых высокоорганизованных растительных сообществ, теплый климат и частые вулканические извержения, во время которых в атмосферу поступало большое количество углекислого газа, необходимого растениям, привели к тому, что начало кайнозойской эры ознаменовалось небывалым в истории Земли накоплением угля, торфа, горючих сланцев и других полезных ископаемых органического происхождения.
Одновременно идет быстрое развитие теплокровных животных. На первое место теперь выдвигаются млекопитающие и птицы. В начале палеогена среди млекопитающих преобладали «низшие» формы — яйцекладущие (родственники современных обитателей Австралии — утконоса и ехидны) и сумчатые (предки нынешних кенгуру). В конце палеогена появляются первые высшие млекопитающие — предки слонов и лошадей, примитивные обезьяны и древние хищники — креодонты.
В неогеновом периоде многие примитивные группы млекопитающих гибнут, и главную роль начинают играть новые семейства и роды: быки, олени, носороги, различные хоботные, грызуны, медведи, собаки, гиены, гигантские тигры, высокоразвитые (в том числе — человекообразные) обезьяны. Некоторые млекопитающие избирают водный образ жизни, появляются сирены, ластоногие и киты.
В конце неогена на Земле вымирает большинство сумчатых и яйцекладущих, исчезают и древние птицы. Животный и растительный мир планеты приобретает облик, близкий к современному.
Наконец, наступает последний период — четвертичный. Продолжающееся общее похолодание климата и неоднократные оледенения приводят к тому, что количество видов млекопитающих несколько сокращается. Меняется видовой состав различных групп животных, и появляется новое высокоорганизованное существо — человек. В честь этого события многие исследователи называют четвертичный период антро-погеновым (от греческого слова «антропос» — человек).



Органический мир кайнозоя: 1 - берёэа, представитель листопадной флоры; 2 - мамонт; 3 - саблезубовый тигр; 4 - мезогиппус, род род лошадей, появившихся в олигоцене; 5 - становление человека, слева - направо: дриопитек, неандерталец, кроманьонец, Homo sapiens (современный человек).

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КАЛЕНДАРЬ
О корненожках, благородной яшме и шкале относительного возраста
В результате изучения последовательности залегания земных пластов и их взаимоотношений друг с другом возникла наука стратиграфия, занимающаяся исследованием закономерностей и очередности отложения слоев, составляющих земную кору.
Крупные события геологической истории Земли и изменения в составе органического мира позволили установить существование четырех наиболее значительных глобальных стратиграфических единиц — эонотем, каждая из которых включает отложения, образовавшиеся на протяжении одного зона. Протерозойская и фанерозойская эонотемы подразделяются на эратемы, или на геологические группы. Эратема — это отложения, сформировавшиеся за одну эру.
Архейская эонотема может быть подразделена на три эратемы: нижнюю, среднюю и верхнюю. Протерозойские отложения обычно делятся на две эратемы. Вместе они включают три крупные единицы (некоторые исследователи возводят их в ранг самостоятельных эратем): карельскую, получившую название в честь Карелии, где развиты породы этого возраста; рифейскую («Рифей» — древнегреческое наименование Уральских гор) и вендскую («венды» или «венеды» — древнеславянское племя, населявшее территорию Прибалтики). Все эти стратиграфические подразделения установлены сравнительно недавно — уже в XX столетии.
Эратемы фанерозоя, о которых говорилось в предыдущей главе, были намечены еще в XVIII веке. В наши дни отложения выделенной тогда «первичной группы» частично отнесены к докембрийской эонотеме, а более молодые из них вошли в состав палеозоя. «Вторичная группа» получила название мезозойской эратемы, а «третичная» составила основу кайнозойской эратемы.
Соотношение эонотем и эратем показаны в табл. 1.
Эратемы подразделяются на системы. Каждая система состоит из двух или трех отделов, которые в зависимости от их положения в разрезе называются соответственно верхним и нижним или верхним, средним и нижним. Во времени отделы отвечают эпохам.
Отделы расчленяются на более мелкие подразделения — ярусы, а ярусы в свою очередь — на зоны. Ярусам обычно даются географические названия, а зоны лолучают латинские наименования по наиболее характерным для них представителям животных или растений. В четвертичных отложениях выделяются еще более дробные составные части — звенья.


Из этих единиц и слагается календарь относительного геологического возраста, названный так в отличие от «абсолютного» календаря, ведущего исчисление времени в годах. Геологический календарь состоит из двух параллельных шкал: стратиграфической, отражающей подразделения земных пластов, и геохронологической, называющей время, за которое сформировались соответствующие отложения.

Стратиграфические Геохронологические
подразделения подразделения

Эонотема Эон
Эратема (группа) Эра
Система Период
Отдел Эпоха
Ярус Век
Зона Время
Звено Пора


В необходимых случаях в стратиграфическую шкалу вводятся еще дополнительные единицы: подотделы, подъярусы, подзоны.
Для большего удобства в работе каждому стратиграфическому и геохронологическому подразделению кроме его названия присваивается сокращенный буквенно-цифровой индекс (как показано в этом примере).
Мезозойская эратема (эра) — MZ
Юрская система (период) — J
Верхний отдел юрской системы (позднеюрская эпоха) — Jз
Волжский ярус (век) — JзV
Средневолжский подъярус — JзV2
Зона Virgatites virgatus — JзV2
Еще в начале прошлого века все основные выводы об относительной геохронологии строились главным образом на изучении более или менее крупных и сравнительно высокоорганизованных животных, таких как моллюски, кораллы, трилобиты, некоторые ракообразные, брахиоподы и позвоночные. По этим организмам устанавливались и главные этапы развития животного мира планеты. На остатки простейших и других микроскопических организмов геологи обычно не обращали серьезного внимания, ибо в свете господствовавших тогда эволюционных воззрений предполагалось, что эти животные крайне незначительно изменяются во времени и не могут быть использованы в качестве указателей возраста отложений.
Однако при бурении скважин часто бывает совершенно невозможно обнаружить в тонком столбике (керне) поднятой на поверхность породы какие-либо признаки «традиционной» фауны. А если остатки таких животных и встречаются — это нередко разрезанные буром фрагменты, определить которые удается далеко не всегда. Поэтому пришлось обратить внимание и на те организмы, которые раньше считались бесперспективными для стратиграфии.
Одной из первых новых групп, которой особенно заинтересовались геологи-стратиграфы, были фораминиферы. Это небольшие простейшие животные из класса корненожек, населяющие ныне тысячи квадратных километров морского дна. Одни из них имеют шарообразную форму, другие — звездчатую, третьи — линзовидную. Еще до того как биологи обнаружили эти существа в современных морях, людям были известны их ископаемые остатки.
Двадцать веков назад древнегреческий географ Страбон отмечал, что в Египте встречаются в большом количестве мелкие плоские камни, которые египтяне считают окаменевшей чечевицей. Впоследствии было выяснено, что мнимая чечевица представляет собой панцири животных. Но только в XX столетии фораминиферы заняли достойное место в шкале геохронологии.
Представители этой группы животных охотнее всего селятся в таких местах, где их хрупкая раковина может найти защиту от действия волн. На мелководье они обитают в чаще водорослей или находят убежище в теле губок. Но и воды открытого моря не препятствуют их свободному размножению. Пробы глубоководного грунта, взятые из самых разных морей земного шара, почти всегда содержат раковины фораминифер. Их скелеты составляют основную массу океанического ила. Стало быть, изучение этих организмов позволяет сопоставлять между собой отложения, образовавшиеся в различных частях морского бассейна.
Как в палеозойскую, так и в мезозойскую эру фораминиферы играли огромную роль в накоплении осадков морского дна. Еще большее количество их скелетов содержится в отложениях кайнозойского возраста. Сравнительное изучение морфологического строения этих простейших показало их быструю эволюцию во времени. Определив виды и роды фораминифер, встреченных в керне скважины, геолог может уверенно судить об относительном возрасте вмещающих их горных пород. Благодаря исследованию древних фораминифер были внесены серьезные уточнения в стратиграфические схемы многих районов.
Иногда раковин этих животных накапливалось на дне морей так много, что они образовывали мощные пласты толщиной до нескольких сотен метров. Такие породы, почти полностью состоящие из скелетов фораминифер, даже получили название по преобладающим формам этих организмов. Подобного происхождения известняки, названные альвеолииовыми, встречены на западе Франции и к востоку от Адриатического моря. Другой известняк — нуммулитовый — прослеживается в широкой полосе, простирающейся от Альп и Южного Средиземноморья до Гималаев. В нашей стране нуммулитовые известняки тянутся вдоль северных склонов Крымского хребта от Севастополя до Феодосии, а за Каспийским морем встречаются в палеогеновых отложениях Устюрта и Мангышлака.
С годами методы изучения микроскопических окаменелостей совершенствовались, становились более точными и разносторонними. Ныне микропалеонтология — ветвь палеонтологии, занимающаяся исследованием остатков мелких организмов, — стала равноправной участницей стратиграфических изысканий.
Размачивая образцы горных пород в воде, палеонтолог иглой выбирает из осадка мельчайшие панцири простейших и ракообразных. Более твердые породы предварительно кипятят в растворе глауберовой соли либо протравливают слабыми кислотами. В результате даже из небольшого количества породы (несколько десятков граммов) удается выделить самые разнообразные остатки организмов: мелкие раковинки брахиопод и фораминифер, хитиновые останки червей, кремнистые иглы губок, членики морских лилий, отолиты костистых рыб.
Все большее значение приобретает сейчас изучение примитивных ракообразных — остракод и филлопод. Эти мелкие рачки, строение которых можно рассмотреть только под микроскопом, интересны тем, что они обитают в бассейнах различной солености. Их можно встретить на морской отмели, в лагуне, реке и пересыхающей луже. Это позволяет сопоставлять отложения различного происхождения, а зная признаки, по которым различают обитателей морских и пресноводных водоемов, можно судить и об условиях, в которых отложились данные осадки.
В последние годы внимание многих исследователей привлекают сколекодонты — ископаемые зазубренные челюсти кольчатых червей-аннелид и конодонты — мелкие, состоящие из кристаллического апатита пластинчатые образования, происхождение которых до сих пор еще недостаточно выяснено. Многие из них, по-видимому, также представляют собой челюсти хищных червей, а некоторые, вероятно, являются частями тела круглоротых позвоночных. Но несмотря на расхождения во мнениях о происхождении этих образований, конодонты наряду со сколекодонтами становятся важным подспорьем при решении вопроса о возрасте слоев, особенно в тех случаях, когда в морских или солоновато-водных отложениях, где эти окаменелости встречаются в большом числе, отсутствуют другие органические остатки.
Скалы, сложенные благородным поделочным камнем — яшмой, кремнистые сланцы и древние вулканогенные толщи открыли для микропалеонтологии еще один объект исследования. Это радиолярии, или лучевики, — микроскопические одноклеточные организмы, отличающиеся необычайной красотой своих кремневых скелетов. Изящные игольчатые, ба-шенковидные и шарообразные скелеты радиолярий, напоминающие то филигранную восточную резьбу, то застывшие звезды снежинок, то фантастические архитектурные конструкции, можно встретить на самых разных глубинах морей. Местами, например на дне Тихого океана на глубине от 3000 до 8000 м, ил состоит на 80, а то и на 100% из скелетов погибших радиолярий.
Известно не менее 5000 различных видов радиолярий. Как выяснилось, они встречаются во всех типах морских осадков начиная с кембрия и позволяют расчленять отложения с точностью до яруса. Есть все основания предполагать, что значение радиолярий для решения геохронологических задач в дальнейшем еще более возрастет.
Все шире вовлекаются в сферу стратиграфических исследований остатки гастропод — брюхоногих моллюсков, которые до недавнего времени не играли существенной роли в биостратиграфии палеозоя и мезозоя и ограниченно использовались лишь при расчленении кайнозойских отложении.
При изучении возраста карбонатных образовании заметно возросло значение иглокожих. Оказалось, что остатки морских ежей и морских лилий могут быть с успехом использованы не только для детального подразделения толщ, сложенных известняками, но и при сопоставлении удаленных друг от друга разрезов.
Не менее перспективными могут стать загадочные группы животных — хиолиты, представляющие собой небольшие планктонные организмы, известные из кембрийских отложений, а также микроскопические хитинозои, следы существования которых сохранились в виде массивных скоплений хитиновых оболочек, напоминающих крохотные сосуды всевозможной формы. Широкое географическое распространение этих организмов и их быстрое изменение во времени придают им стратиграфическую ценность.
Неплохие стратиграфические результаты можно получить, изучая строматолиты — прикрепленные ко дну слоистые образования в форме пластов, столбиков, желваков и караваев, возникшие на мелководных участках соленых и опресненных бассейнов в результате жизнедеятельности сине-зеленых водорослей и бактерий. Строматолиты нельзя назвать окаменелостями в общепринятом смысле этого слова, поскольку кроме органических структур в их создании не меньшее участие принимали продукты химического и механического осаждения карбонатных пород. Но став достоянием палеонтологии, они также начали приносить ощутимую пользу при расчленении и сравнении геологических разрезов.
В последние десятилетия в арсенале науки об относительном возрасте Земли появился еще один метод, получивший название спорово-пыльцевого. При спорово-пыльцевом анализе исследуют ископаемые остатки пыльцы семенных растений и спор, принадлежащих древним споровым, таким как мхи, плауны, папоротники. Ветер и водные потоки разносят мириады этих частиц по поверхности Земли. Одни из них захороняются на суше, другие попадают на дно водных бассейнов. Внутренние оболочки пыльцы и спор со временем разрушаются. Зато плотные внешние их покровы превосходно сохраняются в ископаемом состоянии. Достаточно сказать, что ископаемые споры известны по меньшей мере с кембрия. Впервые примененный для уточнения истории современных лесов и торфяников спорово-пыльцевой метод занял ныне видное место в ряду исследований, позволяющих устанавливать возраст осадочных пород.
Иногда, чаще всего в морских отложениях, вместе со спорами и пыльцой растений встречаются микроскопические организмы — перидинеи и акритархи. Установлено, что пери-динеи представляют собой ископаемые остатки динофлагеллят (или жгутиковых) — одноклеточных существ, имеющих признаки как растений, так и животных. Что же такое акритархи — пока не вполне выяснено. Одни исследователи считают их мелкими колониальными животными, другие — яйцами ракообразных, водорослями или даже динофлагеллятами, облеченными в цисту (оболочка, которой окружают себя некоторые организмы, попадая в неблагоприятные условия). Но хотя природа этих микрофоссилий продолжает еще оставаться неясной, их обилие и широкое распространение заставили ученых взять на вооружение и эту группу, которая также помогает решать вопрос о возрасте пород и условиях их образования.
Вместе с акритархами и динофлагеллятами предметом стратиграфических исследований стали диатомовые и золотистые водоросли. Все эти четыре группы палеонтологических объектов объединяются под общим названием «нанопланктон».
В ряду новых направлений исследований растет значение палеокарпологии (от латинского «карпус» — семя) — отрасли палеонтологии, занимающейся изучением ископаемых плодов, семян и мегаспор папоротникообразных. Судя по успехам, достигнутым при определении возраста кайнозойских отложений, можно надеяться, что палеокарпологические методы окажутся полезными и для стратиграфии более древних образований.
Возникла и развивается еще одна палеонтологическая дисциплина — палеомикология, предметом изучения которой являются ископаемые грибы. Остатки грибов в неисчислимом множестве можно обнаружить в древних осадочных породах, погребенных почвах, углях, горючих сланцах и торфе. Водные грибы-паразиты поражали водоросли, чешую рыб и скелетные образования беспозвоночных. А среди наземных отложений грибы можно найти в окаменелой древесине, в янтаре, на отпечатках листьев и на костях вымерших животных. Столь широкое распространение представителей грибного царства позволяет привлекать палеомикологические данные для восстановления условий обитания организмов, а при изучении докембрийских образований — и для расчленения осадочных толщ.
В стратиграфических целях могут быть использованы не только сами остатки живых существ, но даже свидетельства их жизнедеятельности: ходы роющих и сверлящих животных, следы ползания червей и пресмыкающихся, отпечатки на мягком грунте лап позвоночных, разнообразные жилищные постройки, следы линьки и остатки физиологических отправлений древних животных. Этот класс объектов изучает палео-ихнология (от греческого «ихнос»—след).
Представители того или иного вымершего вида могут встречаться в различных по своей протяженности интервалах разреза осадочных отложений, что косвенным образом указывает на продолжительность существования этого вида. Сравнивая закономерности распределения различных организмов во времени, удается установить стратиграфическую ценность каждого из них и обосновать точность, с которой можно измерить продолжительность геологических событий.
Трудом многих поколений палеонтологов создается шкала относительного времени — геологический календарь фанеро-зоя. В несколько упрощенном виде календарь этот показан в табл. 2.
Ископаемые остатки древних растений и животных позволяют выяснить последовательность залегания земных слоев и достаточно точно сопоставить пласты, заключающие окаменелости. По ним можно судить, древнее или моложе тот или иной пласт по сравнению с другим. Остатки организмов укажут, на каком этапе истории Земли образовались изучаемые отложения, позволят соотнести их с определенной строкой геохронологической шкалы. Но если породы «немые», т. е. не содержат ископаемых организмов, этот вопрос решить невозможно. А между тем многокилометровые толщи докембрийских образований лишены окаменелостей. Стало быть, чтобы определить возраст древнейших слоев Земли, необходимы какие-то иные методы, принципиально отличающиеся от традиционных приемов, взятых на вооружение палеонтологией.



ЛЕТОПИСЬ ДРЕВНИХ СКАЛ
О разрушении горных пород и директоре Королевского ботанического сада
Во второй половине XVIII столетия директор Королевского ботанического сада, французский естествоиспытатель Жорж Бюффон попытался определить возраст Земли. Бюффон предполагал, что Земля первоначально была раскаленным шаром, оторвавшимся от Солнца при столкновении его с большой кометой, и поставил такой опыт. Он добела раскалял в кузнечном горне каменные пушечные ядра и записывал, за сколько времени они успевали полностью охладиться на воздухе. Земля, рассуждал Бюффон, представляет собой огромный каменный шар, и если она была некогда раскаленной, то и остывать должна во столько раз медленнее, во сколько раз она больше пушечного ядра. Расчеты Бюффона показали, что время, необходимое для полного остывания земного шара, составило бы 75 тыс. лет.
Эта цифра, в 15 раз состарившая Землю по сравнению с традиционными библейскими представлениями, вызвала недовольство в церковных кругах. Но Жорж Луи Леклерк, граф де Бюффон — известный ботаник и зоолог, автор знаменитой 36-томной «Естественной истории» — мог не опасаться нападок духовенства. Значительно серьезнее для него была критика со стороны ученых, которые тоже не могли принять новую датировку: ведь если говорить строго, то мы и сегодня достоверно не знаем, остывает ли Земля или, наоборот, разогревается.
Смелые вычисления Бюффона стали достоянием научных архивов. И только почти полстолетия спустя,в 1833 г., искания возобновились.
Во французском городе Лиможе высится старинный собор, сложенный из гранитных глыб. От времени стены его стали понемногу разрушаться и к началу прошлого века покрылись тонкой рыхлой корочкой. Естествоиспытатель Антуан-Сезар Беккерель (дед знаменитого физика) измерил толщину разложившегося слоя гранита и сравнил ее с толщиной такой же корочки на скалах, откуда был взят камень для постройки собора. Зная по историческим документам, в каком году был построен собор, Беккерель вычислил скорость разрушения гранита. Если эта скорость была постоянной, то по ней можно было судить и о том, сколько лет потребовалось для образования коры выветривания на окрестных скалах, не тронутых человеком.
Простой и наглядный метод определения продолжительности разрушения скал заинтересовал геологов и заставил подумать, нельзя ли попытаться подобным образом выяснить возраст и других геологических событий. Подходящее для эксперимента место было найдено в окрестностях Женевского озера.
Еще сравнительно недавно значительная часть европейского материка была покрыта ледниками. Один из ледников, двигаясь, отполировал поверхность известняковых холмов в Савойе. Со временем ледник отступил, и под действием солнца и дождей известняк стал постепенно разрушаться или, как говорят геологи, выветриваться.
Проходили тысячелетия. Территория нынешней Савойи была захвачена римлянами. Завоеватели стали возводить крепости и устроили в известняковой горе каменоломни. За 18 столетий, минувших со времени римского нашествия, стены у входа в каменоломни успели покрыться слоем выветривания, толщина которого достигла 3 мм. Сравнив толщину этой корочки, образовавшейся за 1800 лет, с 35-сантиметровой корой выветривания, покрывающей поверхность отполированных ледником холмов, можно предположить, что оледенение покинуло здешние края около 210 тыс. лет назад. За этими первыми попытками определить истинный возраст геологических событии последовали более точные опыты.
В 1870 г. Фридрих Пфафф, профессор университета в Эрлангене (Швейцария), взвесил на аптекарских весах и положил на пень в своем саду две отполированные пластинки. Одна из них была изготовлена из известняка, другая из кристаллической горной породы — сиенита. Два года пролежали пластинки под открытым небом. Поверхность известняковой плитки сделалась матовой. Потускнела и сиенитовая дощечка. Тогда Пфафф снова взвесил обе пластинки и установил, что они стали легче. Вычислив, сколько каждый образец ежегодно терял в массе, исследователь рассчитал, что известняковые скалы должны разрушаться атмосферными явлениями на 1 м за 72 тыс. лет, а сиенитовые почти в 10 раз медленнее — за 731 тыс. лет.
Такие же опыты были проведены и с другими горными породами: песчаниками, гранитами, базальтами и сланцами. Определять возраст геологических событий по скорости разрушения горных пород оказалось сравнительно несложно. Применение чувствительной лабораторной техники позволило добиться значительной точности результатов, особенно в тех случаях, когда исследовались отложения последней ледниковой эпохи.
Но сторонники этого метода отдавали себе отчет в том, насколько сложно получить эталоны скорости разрушения для всего многообразия горных пород, слагающих земную кору. Даже если бы на протяжении целого столетия все геологи мира только и занимались тем, что определяли скорость выветривания пород различного состава, они все равно не смогли бы учесть громадного разнообразия пластов Земли.
К тому же в различных климатических условиях выветривание протекает с неодинаковой скоростью: одна и та же порода будет по-разному разрушаться в тропиках и в Заполярье. Быстрота выветривания зависит от температуры, влажности воздуха, количества осадков и числа солнечных дней. Значит, для каждой природной зоны нужно вычислять особые графики, составлять специальные шкалы. А можно ли быть уверенным, что климатические условия оставались неизменными с того момента, когда обнажился интересующий нас слой?
Кроме того, по интенсивности разрушения можно установить возраст лишь тех пластов, которые непосредственно выходят на земную поверхность и изо дня в день подвержены действию ветра и атмосферных осадков. Определить же возраст пород, скрытых под чехлом более молодых отложений, этим методом невозможно.
Но может быть, наблюдая за скоростью разрушения горных пород, можно попытаться решить другую задачу — установить продолжительность геологических процессов в сложных природных условиях?
На границе Соединенных Штатов Америки и Канады, между озерами Эри и Онтарио, протекает 40-километровая река Ниагара (что по-индейски значит «Гремящая вода»). Ее всемирно известный водопад, разделенный Козьим островом на два могучих потока, стал одним из первых объектов исследования. Некоторое время назад воды Ниагары обрушивались непосредственно в озеро Онтарио. Но постепенно водопад размывал ложе реки и, врезаясь в толщу осадочных отложений, медленно отодвигался по направлению к озеру Эри. Сейчас он находится на расстоянии около 11 км от устья Ниагары. Подсчитав скорость, с которой перемещается уступ водопада (в конце прошлого века она составляла немногим более 27 см в год), можно заключить, что он проделал свой путь приблизительно за 40 тыс. лет.
Результаты подобных расчетов казались достаточно убедительными. Но они давали только приблизительную оценку длительности события. Действительно, взглянув на геологическую карту бассейна Ниагары, нетрудно убедиться, что по мере своего продвижения к истокам реки водопад последовательно размывал различные породы, которые в этих местах залегают наклонно, погружаясь под дно озера Эри. Сначала размывались преимущественно песчаники, затем — сланцы, после них — известняки. Можно ли быть уверенным, что скорость размыва всегда была постоянной? Да и насколько постоянна она в наше время? Повторные измерения, проведенные в середине XX столетия, подтвердили эти сомнения. Выяснилось, что водопад стал отступать со скоростью около 1 м в год, хотя размываются те же самые известняки, что и несколько десятилетий назад. Почему это произошло? Надолго ли сохранится нынешняя скорость размыва? Не подлежит сомнению, что при подобных натурных экспериментах надо учитывать очень многие факторы, большинство из которых, к сожалению, нам совершенно неизвестны.
Тем не менее такие эксперименты приходится проводить и в наше время, когда при почти полном отсутствии информации необходимо все-таки дать прогноз, как будут развиваться геологические события. Особенно часто такая задача встает в инженерно-геологических исследованиях: при проектировании природоохранных мероприятий, строительстве портов, водохранилищ и защитных дамб. Используя методы фотограмметрии (съемки под различными углами с нескольких точек), удается зафиксировать ничтожные изменения, происходящие с геологическими объектами на протяжении заданного отрезка времени, и высказать предположения о направлении их развития в будущем. Если же наблюдения нельзя осуществить в естественных условиях, то создают уменьшенную модель природной обстановки в лаборатории. Выводы не всегда будут достаточно надежными, но нередко это единственно возможный путь решения задачи.
Кроме оценки возраста по выветриванию пород нужно было найти какой-то иной способ, который бы позволил не только установить момент, когда испытуемый образец был отторгнут от материнской породы или когда началось разрушение горного массива, но и определить непосредственно время образования самого пласта или складчатого сооружения. Оставив попытку узнать возраст Земли по скорости ее остывания и по продолжительности выветривания пород, естествоиспытатели вновь вернулись к проблеме абсолютной геохронологии, сформулировав вопрос иначе: наша планета, по-видимому, образовалась раньше, чем на ней зародилась жизнь; нельзя ли хотя бы приблизительно определить время, прошедшее с тех пор, когда на Земле стало возможным существование живой материи?
Эту задачу взялся решить в конце XIX века английский физик, крупнейший специалист по термодинамике Уильям Томсон (лорд Кельвин). Исходя из распространенной в то время гипотезы о первоначально раскаленной Земле, он предположил, что жизнь могла появиться только после охлаждения поверхности планеты до температуры менее 100° С. Подобно Бюффону, Томсон представил модель Земли в виде однородного раскаленного шара. Время остывания рассчитывалось им с того момента, когда шар находился в состоянии красного каления. Вычисления, выполненные на надежной математической основе, показали, что в зависимости от ряда привходящих условий однородное шарообразное тело, имеющее размеры нашей планеты, могло остыть до температуры, пригодной для существования организмов, от 24 до 100 млн. лет назад. Стало быть. Земля еще старше, но насколько?
Выяснение этого вопроса имело очень большое значение для геологии, располагавшей детальной относительной геохронологической шкалой, но совершенно лишенной возможности судить о реальной продолжительности геологических эпох и периодов.

ПЛАСТЫ РАССКАЗЫВАЮТ
О песочных часах, коралловых рифах, курганах Батыя, озерах и дождевых червях
Еще сравнительно недавно время измерялось при помощи песочных часов. Этот нехитрый прибор, состоящий из двух склянок, соединенных узким горлышком, был обычным предметом обихода в каждом состоятельном семействе. Ежедневно тысячи людей могли наблюдать строгую закономерность: песок, помещенный в верхнюю склянку, с неизменной скоростью сыпался струйкой на дно нижней.
На стенках песочных часов нанесены деления. Заметив, до какого уровня заполнил песок нижнюю склянку, можно сказать, сколько времени идут часы. А нельзя ли, измерив мощность пласта горной породы, узнать, за какое время он накопился? Если бы это было возможно, то тогда, измерив все пласты от самого верхнего, сегодняшнего, до самого нижнего, залегающего где-то на глубине, мы могли бы судить не только о возрасте каждого слоя в отдельности, но и о продолжительности формирования всей толщи осадочных отложений, одевшей Землю.
Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо выяснить, с какой скоростью происходит накопление осадков на земной поверхности. Начались наблюдения. В озерах и дельтах рек, в степях и на морских отмелях исследователи измеряли толщину наносов и пытались установить время их образования. Для каждой горной породы — своя скорость накопления. Песок может накапливаться со скоростью нескольких сантиметров в год, глина наращивает свои слои на дециметр в тысячелетие. В каждой климатической зоне — своя скорость слоеобразования.
Физические опыты показали, насколько может уплотниться каждый тип осадка под действием тяжести перекрывающих его отложений и вследствие утраты первичной влаги. Стало быть, можно попытаться высчитать время образования даже тех слоев, которые сформировались в достаточно отдаленные эпохи и успели превратиться в плотный камень.
Чарлз Дарвин в своем труде «Образование почвенного слоя дождевыми червями» старался наметить другой путь решения проблемы. Дарвин считал, что благодаря жизнедеятельности дождевых червей толщина почвы с каждым годом увеличивается. Он определил массу земли, которая перерабатывается червями за год, и вычислил, какой слой должен получиться, если бы почва, выброшенная червями, равномерно распределялась по всей поверхности участка. Исходя из этих расчетов Дарвин предлагал по толщине почвы определять, за какой срок она могла образоваться.
Более точные измерения провели русские почвоведы. Василии Васильевич Докучаев в работе «Русский чернозем» описывает один из первых опытов по определению возраста почвы в районе поселка Седнев близ Чернигова. Здесь издавна известны древние курганы, насыпанные свыше 600 лет назад во времена походов Батыя. Толщина почвы, покрывающей эти курганы, составляет 15, а кое-где 23 см. Между тем в окрестностях, в местах, не тронутых человеком, чернозем покрывал неокрашенную песчаную материнскую породу слоем 60-80 см, а местами 1,5 м. Если время, за которое образовался слои чернозема, пропорционально его толщине, легко высчитать, что соседний с курганом целинный чернозем мог получиться за 2400-4000 лет.
Но в почве может содержаться разное количество перегноя. При этом обычно чем больше перегноя, тем старше почва. Кроме того, содержание перегноя зависит от угла наклона местности, состава почвы, силы господствующих ветров, количества атмосферных осадков, от растительности и минеральных составляющих материнской породы. Выяснив, с какой скоростью может накапливаться перегной в различных условиях, исследователи стали вводить в каждое определение возраста почвы необходимую поправку.
Оценка возраста земных слоев по скорости разрушения или накопления геологических осадков быстро завоевала популярность и получила широкое распространение во всем мире. Исследования в этом направлении велись одновременно во многих странах, но результаты, вопреки ожиданиям, оказались неутешительными. Стало очевидным, что даже одинаковые породы в сходных природных условиях могут накапливаться и выветриваться с самой различной скоростью и установить какие-либо точные закономерности этих процессов почти невозможно.
Например, из древних письменных источников известно, что египетский фараон Рамзес II царствовал около 3 тыс. лет назад. Здания, которые были при нем возведены, сейчас погребены под трехметровой толщей песка. Значит, за тысячелетие здесь отлагался приблизительно метровый слой песчаных наносов. В некоторых же областях Европы за тысячу лет накапливается всего 3 см осадков. Зато в устьях лиманов на юге Украины такое же количество осадков отлагается ежегодно.
Или другой пример. Поначалу было установлено, что известняки накапливаются сравнительно медленно - по нескольку десятков сантиметров в тысячелетие. Но в известняковом рифе на острове Парацел на полутораметровой глубине были найдены испанские монеты XV века. Выходит, известняковые рифы могут нарастать на 30 см в столетие. Прошло еще немного времени и выяснилось, что некоторые кораллы, а именно кораллы-меандрины, могут надстраивать свои колонии еще быстрее - по 20 см в год.
Обработка обширных статистических сведений о скоростях осадконакопления в различных условиях показала, что если сопоставлять между собой породы только одного класса, имеющие сходное происхождение (например, морские глины с морскими глинами, озерные песчаники с озерными песчаниками и т. п.), можно все-таки получить некоторое представление о сравнительной продолжительности формирования осадков.
Математические расчеты позволили дать вполне правдоподобную оценку времени, необходимого для образования современных торфяных болот, донных осадков в лагунах, ледниковых озерах и других замкнутых водоемах. С более древними отложениями дело обстоит сложнее, поскольку при затвердевании большинство осадочных пород обычно уменьшается в объеме и измеренные мощности таких слоев всегда меньше их первоначальной толщины. Кроме того, с течением времени под действием давления вышележащих пластов и температуры земных глубин многие породы продолжают уплотняться, что еще больше затрудняет установление их первоначальной мощности. Но выяснилось также, что в ряде случаев можно ввести надлежащие поправки на степень сжатия пород и с той или иной вероятностью реконструировать исходные объемы осадков.
С учетом этих данных было подсчитано время формирования осадочных толщ от кембрия до четвертичного периода включительно. Чтобы выполнить эту работу, потребовалось составить сводный разрез верхней части земной коры по результатам геологических исследований, проведенных во многих районах мира. Это был большой, очень сложный труд. И на каждом его шаге возникали неожиданные неприятности. В разрезе некоторых районов встретились мощные вулканические образования. Продолжительность их накопления необходимо было учесть. Но где найти надежные критерии, позволяющие установить длительность вулканических процессов? Наличие таких пород приходилось игнорировать.
Или другое обычное геологическое явление - перерыв в накоплении осадков. Такие перерывы могут быть вызваны действием множества причин: отступанием моря, поднятием участков суши, изменением направления течений, местными вариациями активности водотоков. Перечень подобных факторов может быть продолжен. Учесть все эти изменения, а тем более дать их количественную оценку в масштабе геологической истории планеты попросту невозможно. Скептики утверждали, что начатая работа заведомо обречена на полный провал.
Но поскольку в основе исследования лежала статистическая оценка данных, обилие материала позволило сгладить неравноценность исходных наблюдении и получить результаты, которые, как ни странно, не только оказались логически приемлемыми, но позволили даже дать сравнительную оценку протяженности геологических эр и периодов. Вычисленная по мощностям осадочных пород продолжительность палеозойской эры составила 15 млн. лет, мезозойской - 4 млн. лет, палеогенового и неогенового периодов, вместе взятых, - 1,5 млн. лет, четвертичного периода - 35-40 тыс. лет.
Несовершенство использованной методики не оспаривалось. Но это была реальная и действенная попытка количественно оценить абсолютную протяженность больших отрезков геологического времени. Подкупало и то, что полученная общая длительность фанерозоя (20 млн. лет) была соизмеримой с продолжительностью возможного существования холодной Земли, которую определил лорд Кельвин (этим титулом в 1892 г. наградила Великобритания своего талантливого физика У. Томсона).
Однако геологи вполне отдавали себе отчет в том, что полученная картина весьма далека от реальности и решение вопроса об истинном возрасте Земли еще не найдено. Слишком много ненадежных положений заключала в себе использованная методика. Явно преувеличенной казалась принятая на основании статистического материала быстрота накопления слоев отдельных пород, а возникающие вследствие этого погрешности едва ли компенсировались введением поправок на уплотнение пород. Не вполне ясно было также, в какой мере надстраивающие друг друга геологические разрезы разных районов отражают всю полноту истории Земли. Не подлежало сомнению лишь одно - поиски должны быть продолжены.

СОЛЬ ОКЕАНА
Об английском астрономе, о морской воде и реках, засоряющих море
Во времена Оливера Кромвеля в Англии родился человек, которому суждено было стать великим астрономом. В одну из ночей 1682 г., сидя у телескопа, он увидел яркую комету. Проведя математические вычисления и получив консультацию у Исаака Ньютона, ученый пришел к заключению, что обнаруженная им комета движется по эллипсу, один край которого приближается к Солнцу, а другой почти достигает орбиты Нептуна. Он стал расспрашивать стариков и искать в древних рукописях все сведения о ярких кометах, которые появлялись над Англией в прежние времена. Таких известий было много, но особый след в памяти современников оставили две отличавшиеся своей яркостью небесные гостьи. Одна из них появилась в 1531 г., другая - в 1607 г., т. е. приблизительно на 152 и 76 лет раньше нынешней кометы. Обе эти кометы были достаточно хорошо изучены астрономами, и можно было без особого труда восстановить их путь на небесной сфере.
И астронома осенила догадка: не может ли быть так, что люди видели не три разные кометы, а одну и ту же, которая, совершая свой путь в просторах Вселенной, каждые 76 лет возвращается к Солнцу. Астроном не мог надеяться, что ему удастся при жизни еще раз увидеть свою комету и проверить справедливость смелого предположения. Он подробно изложил все признаки, по которым любой наблюдатель мог без затруднения узнать это замечательное небесное тело, и предсказал срок его появления.
Астроном умер через 60 лет. И спустя еще 16 лет в предсказанный им год сотни телескопов во всех уголках Европы были направлены на небо. Множество ученых с нетерпением ожидали, исполнится ли предсказание англичанина. Оно исполнилось. Все газеты мира писали о замечательной комете, и со страниц каждой из них не сходило одно и то же имя - Эдмунд Галлей.
Имя знаменитого астронома известно теперь каждому школьнику. Но значительно меньше людей знают, что этот ученый всю жизнь пытался решить вопрос: когда образовался мир? Он посвятил этой проблеме интересные исследования.


Комета Галлея: 1 - траектория кометы; 2 - один из снимков кометы, переданных со станции "Вега-1" цвета отображают различную степень яркости объекта (самая яркая область кометы - красный цвет, несколько слабее - желтый и т.д.).

Увидев, как в пустынной местности постепенно засолоняются бессточные озера и лужи, оставшиеся от продолжительных дождей, Галлей задумался: нельзя ли использовать эти наблюдения, чтобы выяснить возраст нашей планеты? Астроном предполагал, что океаны произошли от дождей, пролившихся на Землю в первые века ее существования, что дождевая вода абсолютно чистая, т. е. лишена солей. Значит, и вода первичного океана была поначалу пресной.
А между тем речные воды всегда содержат в себе то или иное количество растворенных минеральных солей. Протекая по каменному ложу, сотни тысяч рек размывают горные породы, слагающие берега, и уносят с собой частицы минеральных веществ. Поэтому какой бы пресной ни казалась речная вода на вкус, она всегда содержит соли. Каждый час, каждый месяц, из года в год несут реки свои воды в океан. Под лучами солнца поверхность океана нагревается, вода начинает испаряться. Плывут над просторами моря облака, унося сгустившийся пар. А реки продолжают поставлять в Мировой океан новые и новые порции рассола.
Если взять пробу морской воды, можно выяснить, сколько в ней содержится соли, а зная площадь океана и его глубины, можно вычислить, каково общее количество солей в его водах. С другой стороны, определив объем воды, которую поставляют в моря реки, и количество растворенных в этой воде примесей, можно судить о том, сколько соли ежегодно получает океан с суши. Зная это, мы можем вычислить, сколько времени потребовалось, чтобы реки могли принести все те соли, которые содержатся ныне в морских водах.
Казалось, вопрос решится очень просто. Галлей произвел необходимые расчеты и получил ответ: со времени образования Мирового океана прошло 10 тыс. лет.
Сегодня мы можем повторить вычисления Галлея на вполне современной основе. Объем и массу водной оболочки Земли - гидросферы - удалось подсчитать достаточно точно. Известны средняя солевая насыщенность морских вод и концентрация важнейших веществ, растворенных в водах рек. По нынешним данным в Мировом океане содержится 56 256 000 млрд. т солей. Общий годовой сток рек равен 37 тыс. км3. Если принять, что средняя соленость речной воды составляет 0,146 частей на тысячу единиц, то все реки мира должны ежегодно выносить в океан 5402 млн. т растворенных веществ. Из этого количества около 555 млн. т являются так называемыми циклическими солями, принимающими участие в постоянном кругообороте вод гидросферы и атмосферы. Эти вещества в морской воде не накапливаются, и должны быть исключены из рассмотрения. Значит, годовой привнес новых растворенных веществ в океан составляет 4847 млн. т. Остается разделить 56256*1012 на 4847*106 и получить точную цифру - 11 606 354 года!
Таким образом, возраст океанов увеличивается более чем в тысячу раз. Но можно ли верить результатам пробных определений?
Модель Галлея не учитывала сведений о газах, растворенных в морской воде. Их присутствие может существенно влиять на степень насыщенности вод солями. Совершенно не принималось во внимание количество веществ, которые приносятся в море текучими водами в виде суспензий - взвесей мельчайших частиц горных пород; эти частицы, хотя и не полностью, тоже растворяются. За пределами рассмотрения остались также большие объемы растворенных веществ, выпадающих на поверхность океана с дождевыми осадками.
Да и можно ли утверждать, что накопление солей в океане всегда происходило с такой же скоростью, как сейчас? Не исключено, что ранее оно протекало во много раз медленнее. А каким образом учесть те огромные массы соли, которые выпадают из раствора и осаждаются на дне водоемов? Можно ли сбрасывать со счетов влияние подводных вулканических извержений, распыляющих в океане многие тысячи тонн растворимых минеральных веществ?
Через некоторое время после публикации Галлея химики и геологи постарались учесть все имевшиеся океанологические и гидрохимические материалы, а также сведения о скорости накопления океанических пород и получили более значительную оценку возраста океана - 200 млн. лет. Два столетия спустя эти расчеты были выполнены на уточненной основе, и предполагаемый возраст океана увеличился еще в полтора раза: 350 млн. лет - так оценивалась продолжительность его существования.
Но можно ли утверждать, что океан - ровесник Земли? Какие доказательства можно привести в пользу этого?
Если предположить, что Земля когда-то была полностью расплавленной, то в этом случае вода вместе с другими летучими веществами должна была бы испаряться и в газообразном состоянии накапливаться в атмосфере Земли. Будь это так, то современные океаны были бы попросту остатками древней горячей атмосферы. Но гипотезы о существовании некогда раскаленной планеты геологическими данными, по-видимому, не подтверждаются. Значит, процесс формирования гидросферы более сложный, она может быть следствием дегазации пород в недрах Земли, температурных преобразований глубинных и приповерхностных отложений, а также результатом освобождения воды при выветривании пород.
Стало быть, океаны, по-видимому, моложе земной коры и во всяком случае моложе нашей планеты.

ТАИНСТВЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
О соли, светящейся в темноте, о солнечном газе и дне рождения новой науки
Шли десятилетия, но ответ на интересующий ученых вопрос все не приходил. Только в самом конце XIX века были получены первые обнадеживающие данные.
В один из счастливых для науки дней 1896 г. французский физик Анри Беккерель, случайно оставив в ящике стола кусочек урановой соли и фотопластинку в кассете, обнаружил, что пластинка оказалась засвеченной какими-то неизвестными лучами. Это излучение сразу обратило на себя внимание экспериментатора и вызвало небывалый интерес в научном мире.
Десятки ученых всех стран направили свои исследования на поиски причин таинственного излучения. Неутомимые исследования повлекли за собой серию чрезвычайно важных открытий, положивших начало новому направлению в физике. В результате этих открытий удалось выделить чистый радий, узнать строение атома, изучить структуру атомного ядра и вскрыть природу загадочного явления, именуемого радиоактивным распадом.
Сегодня мы знаем, что все элементы, ядра атомов которых содержат более 81 протона, радиоактивны. Эти так называемые тяжелые элементы (каждый из них имеет несколько разновидностей - изотопов) подразделяются на три класса, или семейства: ряд урана, ряд тория и ряд актиния.
Свойством радиоактивности обладают также некоторые изотопы и более легких элементов. Общее число известных ныне естественных радиоактивных изотопов достигает 60. Жизнь большинства из них весьма коротка, и наблюдать их мы можем лишь потому, что они непрерывно рождаются при ядерных реакциях или в результате разложения других радиоактивных элементов.
Все радиоактивные вещества обладают способностью распадаться, превращаясь в другие - дочерние - химические элементы. При этом скорость распада постоянна и не зависит от каких бы то ни было внешних воздействий. Атомы урана и тория, разрушаясь, превращаются в металл свинец и инертный газ гелий. Гелий может частично улетучиваться, свинец же, напротив, постепенно накапливается в минералах и горных породах. Время, за которое материнский элемент успевает наполовину превратиться в дочерний, называется периодом полураспада.
Радиоактивный распад непрерывно происходит во всей земной коре и во внутренних областях Земли. Стало быть, зная скорость распада урана и тория и количество накопившегося в минерале свинца, можно вычислить время образования этого минерала.
Изучение возраста Земли на основании выявления закономерностей радиоактивного распада началось еще в первые годы нынешнего века. Удалось установить, что гелий, впервые обнаруженный на Солнце и получивший свое название по имени древнегреческого бога этого светила Гелиоса, встречается на Земле достаточно часто, причем родителями его всегда являются радиоактивные элементы уран и торий. Первые опыты определения возраста минералов по этим элементам провел великий английский физик Эрнест Резерфорд.
Последующие работы зарубежных и советских ученых принесли много ценных сведений о законах радиоактивного распада и заложили основы приближенного исчисления геологического возраста Земли в абсолютных единицах времени.
Новые горизонты открыло перед естествоиспытателями знание процессов радиоактивности. Это позволило рассматривать кристаллы минералов в качестве природных хронометров, отсчитывающих ход геологического времени. В различных районах Земли были вновь изучены разрезы земной коры, возраст которых был установлен ранее по шкале относительной геохронологии. Полученные данные показали, что возраст горных пород, определенный «абсолютным» методом, в общих чертах совпадает с последовательностью, которую давала для этих пластов традиционная геология. Стрелка уранового хронометра достаточно определенно указывала очередность напластований: одни отложения оказались более древними, другие - более молодыми, как и предполагали раньше геологи.
Представилась возможность проверить некоторые старые предположения о происхождении и развитии нашей планеты. Процессы радиоактивного распада приводят к выделению тепловой энергии, которая постоянно поступает из недр к поверхности Земли. Этот факт заставил отвергнуть гипотезу об однонаправленном остывании земного шара. Пришлось отказаться и от космогонических моделей, подобных тем, которые были взяты в основу геохронологических определений Бюффоном и Томсоном.
Полученные физиками новые сведения сразу «удлинили» земную историю сначала до 200 млн. лет, а вскоре и до 2 млрд. лет. Учение об абсолютном возрасте Земли обретало силу.

ВЕЧНЫЕ ЧАСЫ
О появлении новых элементов и о нескольких способах определения возраста земных слоев
Специалистам, занимающимся установлением возраста древних отложений, пришлось иметь дело с огромным разнообразием горных пород. Одни породы являются первичными продуктами земных недр, другие возникли в результате их разрушения и изменения.
При процессах выветривания образуются глины, пески и галечники; в водных бассейнах происходит химическое осаждение солей; в итоге жизнедеятельности организмов могут формироваться известняки, кремнистые породы и залежи каменного угля. Все эти породы называются осадочными.
Расплавленная магма, внедряясь из глубин Земли в толщу земной коры и застывая в ней, дает породы, получившие название интрузивных (граниты, сиениты, габбро и др.). Если же магме удается достигнуть земной поверхности, образуются вулканогенные породы: эффузивы (застывшие потоки лавы) и туфы (вулканический пепел и продукты его переработки). Интрузивные и эффузивные породы называют магматическими.
Под действием давления, высокой температуры и химически активных веществ магматические и осадочные образования могут совершенно изменить свой облик и перейти в перекристаллизованное состояние. Таковы, например, гнейсы, кристаллические сланцы, мраморы. Эти породы названы метаморфическими.
Каждому типу пород присущ своеобразный комплекс минералов. Различно происхождение этих минералов, различна их история. Химические компоненты, входящие в состав вещества минералов, ведут себя по-разному. Поэтому, ставя перед собой задачу определить возраст горной породы, необходимо тщательно изучить ее происхождение и выбрать из арсенала научных методов те, которые могли бы обеспечить наибольшую достоверность ожидаемых результатов.
Как известно, радиоактивность может проявляться в двух основных формах, получивших название альфа (a)- и бета (b)- распада. При альфа-распаде ядро радиоактивного элемента испускает альфа-частицу - ядро атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов, и один квант гамма-излучения. При бета-распаде ядро излучает бета-частицу, которая представляет собой электрон, и нейтрино. Оба вида распада сопровождаются нагреванием окружающего вещества. Кроме того, ядро может иногда захватывать электрон с ближайшей электронной оболочки, излучая при этом нейтрино. На изучении этих процессов и построены главнейшие методы абсолютной геохронологии.
Одним из первых способов определения абсолютного возраста был уже упоминавшийся свинцово-изотопный метод, основанный на изучении процессов распада изотопов уран-238, уран-235 и торий-232. По соотношению этих элементов и изотопов свинца, образующихся в результате их радиоактивного распада, удается с высокой точностью установить время появления горной породы.
Однако урановые и ториевые минералы недостаточно стойкие, легко разрушаются и, кроме того, не так уж часто встречаются в природе. Это поначалу накладывало существенные ограничения на использование свинцового метода. Но поскольку содержание урана и тория в горных породах не оставалось постоянным в ходе геологической истории, изменения эти неизбежно должны были отразиться и на соотношении продуктов их распада. Следовательно, совершенно необязательно, чтобы в минералах непременно присутствовали уран и торий. Достаточно, если нам будет известен, например, изотопный состав содержащегося в минерале свинца.
Природный свинец представляет собой смесь четырех изотопов, из которых три (свинец-206, -207, -208) являются продуктами радиоактивного распада. Анализы показывают, что в образующихся ныне слоях эти изотопы содержатся в отношении
204Pb:206Pb:207Pb:208Pb = 1:19,04:15,69:39,00.
В отложениях минувших эпох это соотношение изменяется: чем древнее горная порода, тем меньше в ней радиогенных изотопов свинца.
По известной нам скорости распада материнских элементов нетрудно вычислить, какое количество каждого изотопа должно присутствовать в породах того или иного возраста. Если же установить, в каком соотношении пребывают изотопы свинца в интересующем нас минерале, можно решить и обратную задачу: по количеству изотопов установить время образования породы.
Свинец неплохо исполняет роль «метрического свидетельства» горных пород, особенно в тех случаях, когда приходится иметь дело с большими залежами, насыщенными этим элементом. Но распространен свинец в земной коре неравномерно. При сравнении результатов многочисленных анализов было замечено, что в одних местах количество свинца по отношению к урану и торию явно занижено, а в других - чрезмерно завышено.



Радиоактивное семейство урана-235. Для каждого изотопа приведен период полураспада.

Поэтому, пользуясь при определении геологического возраста одними только изотопами свинца, можно впасть в серьезную ошибку. Лишь для очень древних отложении свинцовый метод дает погрешность около 10%, с которой еще можно примириться, учитывая колоссальную отдаленность времени их образования, исчисляемую миллиардами лет. В остальных же случаях «свинцовый» возраст горной породы желательно проконтролировать с помощью иных элементов.
На подсчете содержания в породе продуктов радиоактивного распада урана и тория основан и другой метод, получивший название гелиевого. И уран и торий выделяют при распаде гелий:
238U - 206Pb + 84He;
235U - 207Pb + 74He;
232Th - 208Pb + 64He.
В геохронологической лаборатории определяют количество скопившегося в породе радиогенного гелия, находят отношение его к общему содержанию урана и тория. Затем вычисляют, сколько должно было пройти лет, чтобы в исследуемом веществе установилось наблюдаемое соотношение этих элементов.
Гелий хорошо сохраняется в магнитном железняке, самородном железе, а также в некоторых силикатных минералах, приуроченных к обогащенным железом магматическим горным породам. Удалить гелий из таких пород можно лишь продолжительным действием высокой температуры. Но зато из остальных минералов этот газ легко улетучивается, и поэтому абсолютный возраст, определенный гелиевым методом, как правило, оказывается заниженным. Это досадное обстоятельство заставило искать другие, более надежные геологические часы.
Ленинградскими учеными внедрен метод, использующий накопление в горных породах другого инертного газа - аргона. Он основывается на подсчете количества радиогенного аргона в минералах, содержащих калий. Таких минералов, к группе которых принадлежат все слюды и полевые шпаты, в природе очень много, и распространены они повсеместно. Поэтому аргоновый метод быстро нашел широкое применение в советских и зарубежных геохронологических лабораториях.
Встречающийся в природе калий состоит из смеси трех изотопов: калия-39, -40 и -41. Радиоактивен только калий-40, на долю которого приходится чуть больше 0,0001 общего количества элемента.
При радиоактивном распаде калия выделению свободных электронов (бета-распаду) сопутствует обратный процесс - поглощение электронов атомным ядром:
40К+е - 40Аr + b.
Это явление, известное под названием электронного захвата, несколько усложняет общую картину. Поэтому, чтобы определить возраст аргоновым методом, необходимо не только вычислить наблюдаемое в минерале соотношение аргона-40 и калия-40, но и учесть интенсивность электронного захвата и бета-распада. Но и в этом случае сохраняется основная закономерность: чем древнее порода, тем больше в ней радиогенного аргона.
На территории СССР - в Сибири, на Кавказе, на Украине, в Средней Азии, на Дальнем Востоке и в Канаде были проведены определения геологического возраста аргоновым методом. Аргоновый метод (его называют также калий-аргоновым) занял одно из ведущих мест в геохронологических исследованиях. И чем шире внедрялся он в практику, тем отчетливее проявлялись его достоинства и недостатки.
Выяснилось, что многие минералы удерживают аргон очень плохо. Недолго сохраняется он в так называемых «неустойчивых частях» полевых шпатов. Значит, если мы будем иметь дело с гранитом, состоящим из кварца, полевого шпата и слюды, и определим абсолютный возраст этой породы по слюде, то полученная цифра окажется заведомо больше, чем количество лет, исчисленное по шпату. Во избежание подобного разнобоя необходима сложная предварительная обработка полевого шпата с помощью раствора азотнокислого таллия.
Не лучше обстоит дело и с другим минералом - сильвином, очень широко используемым при геохронологических определениях. Недавно стало известно, что при перекристаллизации горных пород, а также под действием давления аргон легко улетучивается из сильвина. Стало быть, на древних отложениях, которые на протяжении истории Земли могли неоднократно подвергаться нагреванию и сжатию, калий-аргоновый метод может «не сработать» или привести к серьезным ошибкам в определении.
Для устранения этого недостатка был разработан кальциевый метод. Радиогенный изотоп кальция (кальций-40) образуется в результате бета-распада калия-40:
40К + е - 40Ca + b.
Отношение количеств этих двух изотопов и принимается в качестве показателя возраста минералов (с поправками на скорость электронного захвата и бета-распада калия). Опыты, проведенные во Всесоюзном научно-исследовательском геологическом институте им. А. П. Карпинского, показали, что кальциевый метод может иногда с успехом применяться даже в том случае, когда порода, содержащая сильвин, испытала перекристаллизацию.
В последнее время геохронологическая датировка слюд и древних магматических и метаморфических пород нередко осуществляется с помощью рубидий-стронциевого метода. Он основан на превращении рубидия-87 в стронций-87:
87Rb - 87Sr + b.
Самостоятельных минералов рубидий не образует, но он настолько часто сопутствует калию, что большинство калиевых минералов можно считать пригодными для определения возраста этим методом. Необходимо лишь быть уверенным, что горная порода содержит стронций только радиогенного происхождения.
Существует еще один геохронологический метод, который использует превращение рения-187 в осмий-187. Правда, рений довольно редко встречается в земной коре. Но значительные его количества приурочены к минералу молибдениту, который часто находят в кварцевых жилах и кристаллических гранитоидных породах. Знать возраст этих пород чрезвычайно важно для выяснения многих вопросов рудо-образования.
ШКАЛА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗРАСТА
О небесных странниках и о том, что известно сегодня о возрасте Земли
Едва ли вызывает сомнение, что наша планета вне зависимости от условий рождения должна быть во всяком случае старше любых горных пород, входящих в состав ее наружной каменной оболочки. Если это так, то чтобы приблизиться к истинному значению абсолютного возраста Земли, необходимо прежде всего установить время образования наиболее древних пород, слагающих земную кору.
Такие породы обычно залегают на значительной глубине, скрываясь под мощным слоем более поздних наносов. Но есть несколько областей, где подобные древнейшие образования выходят на земную поверхность. Эти участки называются докембрийскими щитами. В Европе, например, известны два щита: Балтийский и Украинский. Балтийский расположен на территории Карелии, Финляндии и Скандинавии; Украинский - на юго-западе нашей страны, в бассейне рек, несущих воды в северную часть Черного моря. По крайней мере шесть щитов открыто в Азии: Анабарский, Алданский, Индийский, Аравийский, Северо-Китайский и Китайско-Вьетнамский. Имеются такие щиты и на других континентах.
Возраст древнейших образований пытались определять различными методами. Анализу были подвергнуты тысячи образцов горных пород из многих областей земного шара. Исследователи брали в качестве исходного материала разнообразные минералы, изучали содержание радиоактивных изотопов в десятках разновидностей пород. И результаты получались самые разные.
Собрав воедино все сведения, накопленные за несколько десятилетий, можно с достаточной уверенностью утверждать, что возраст древнейших пород литосферы превышает 3,7 млрд. лет и, по-видимому, может достигать 4 млрд. лет. Такие отложения были обнаружены в Антарктиде, Африке, Канаде, Гренландии и в нашей стране - на территории Украинского и Алданского щитов, Охотского массива и Енисейского кряжа. Но к тому времени, когда возникли эти породы, Земля уже наверняка существовала. Стало быть, образование планеты произошло не позже 4 млрд. лет назад.
В поисках материала, который позволил бы уточнить возраст Земли, обратились к ее космическим родственникам - метеоритам. Согласно одной из гипотез метеориты представляют собой остатки погибшей планеты, некогда располагавшейся где-то между орбитами Марса и Юпитера. Если допустить, что образование планет Солнечной системы произошло приблизительно в одно время, то, определив возраст метеоритов, можно было бы со значительно большей уверенностью говорить и о дате рождения Земли.
Различают метеориты железные и каменные. Железные метеориты состоят в основном из железа, никеля и кобальта; тяжелых радиоактивных элементов, таких как уран и торий, не содержат.
В состав каменных метеоритов входят различные минералы и силикатные породы. В этих метеоритах без труда обнаруживается присутствие различных радиоактивных компонентов: урана, калия, тория и рубидия.
Имеются также железокаменные метеориты, занимающие по составу как бы промежуточное положение между железными и каменными. Одни из них представляют собой железоникелевое вещество с многочисленными порами и каналами, заполненными стеклообразным силикатным минералом - оливином. Другие отличаются от типичных каменных метеоритов тем, что в них есть крупные вкрапления железа.
Возраст метеоритов был определен теми же способами, которые используются при изучении древних пород Земли. Свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый и рений-осмиевый методы контролировали и дополняли друг друга. И когда накопилось достаточное количество результатов, советские и американские исследователи, занимавшиеся изучением метеоритов, пришли независимо друг от друга к сходным выводам.


Солнечная система. Пояс астероидов отделяет планеты земной группы от планет группы Юпитера.

Оказалось, что половина всех изученных каменных метеоритов имеет возраст от 3,6 до 4,6 млрд. лет; остальные результаты составили ряд более молодых значений возраста. Это вполне объяснимо, если считать, что каменные небесные пришельцы являются обломками литосферы погибшей планеты.
Железные метеориты в среднем значительно древнее каменных. Так и должно быть, если они представляют вещество внутренних оболочек былого небесного тела. Обычные значения их возраста, скорректированные по данным различных геохронологических методов, расположились в интервале между 4 и 5 млрд. лет.
Конечно, возраст метеоритов не является непосредственным свидетельством времени образования Земли. Но, во всяком случае, геохронологи могли теперь утверждать, что продолжительность существования Солнечной системы составляет около 5 млрд. лет. Дополнительную информацию принесло изучение пород, взятых с поверхности Луны. Минимум 4,4 млрд. лет - таким оказался возраст лунного грунта.
Можно предполагать, что планеты Солнечной системы и их спутники возникли почти одновременно. Но для того чтобы превратиться в горную породу, вещество должно было пройти значительный путь эволюционного развития. Значит, Земля, родившаяся из первичного космического вещества, еще старше.
Одни исследователи считают, что земная кора сформировалась в результате дифференциации первичного вещества, вызванной радиоактивным разогреванием юной планеты. Если это так, то для установления времени образования Земли нужно прибавить к возрасту древнейших пород время, необходимое для такого разогрева. Как показывают расчеты, для того чтобы в результате радиоактивного распада выделилось соответствующее количество теплоты, требуется 1-2 млрд. лет.
Согласно другой точке зрения, земная кора могла возникнуть сразу после образования планеты. Тогда изотопы, по которым оценивается абсолютный возраст, должны были поступать из ее внутренних оболочек. В этом случае для выяснения возраста Земли необходимо вычислить время, когда свинец земной коры еще не был «засорен» изото-пами, появившимися в результате распада радиоактивного урана. Расчеты показывают, что такой свинец мог существовать 4,5+0,5 млрд. лет назад.
Можно подойти к оценке возраста Земли и по-иному. Такие элементы, как уран и торий, едва ли могли возникать на Земле заново. Для рождения этих элементов необходимы принципиально иные условия, которых в обстановке нашей планеты, по-видимому, не было. Следовательно, Земля унаследовала тяжелые радиоактивные элементы от той или иной прародительской среды. Скорость, с которой протекает распад этих элементов, нам известна. Известно и количество сохранившихся ныне радиогенных элементов. Значит, можно вычислить время, когда материнские изотопы существовали в оболочках Земли в чистом виде. Если исходить из допущения, что изотопы свинец-206 и -207 в земной коре и в метеоритах имеют одинаковое происхождение и образовались исключительно за счет радиоактивного распада урана, общий возраст Земли (в пересчете на современные константы распада изотопов урана) может быть приблизительно оценен в 5,3-5,4 млрд. лет.

страница 1
(всего 3)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign