LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 3
(всего 3)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Известно, что для постройки зданий лес обычно заготовляли в зимнее время, с тем чтобы с наступлением тепла начать строительные работы. Проверка древесины с новгородских раскопок подтвердила, что это правило соблюдалось нашими предками на протяжении почти тысячи лет. Значит, последнее внешнее кольцо прирост?, которое мы видим на лежне старинного фундамента, соответствует году, предшествующему календарной дате постройки храма.
Установив по летописям годы заложения новгородских церквей, дендрохронологи взяли для исследования лежни от фундаментов церкви Михаила Архангела, постройка которой была начата в 1300 г., церквей Святого Саввы (1418 г.) и Спаса Преображения (1421 г.). Из двух других церквей - Святого Михаила в Сковоротском монастыре (1355 г.) и Иоанна Богослова на Витке (1384 г.) - были изучены срезы деревянных связей стен. Все кривые роста древесины хорошо сопоставились друг с другом и позволили начертить график, охватывающий более полутора столетий.
Но особенная удача ожидала исследователей, когда сразу на трех улицах - Великой, Кузьмодемьянской и Холопьей - были вскрыты деревянные настилы мостовых, лежавшие один на другом в 32 яруса. Выяснилось, что начиная с Х века новгородцы постоянно следили за сохранностью своих дорог и, как только мостовая начинала проседать или приходить в несоответствие с «техническими нормами», ее перекрывали слоем свежих бревен.
Изучение срезов этих деревьев (из них хорошо сохранились и оказались пригодными для обработки 28 слоев) позволили создать дендрохронологическую шкалу, распространившуюся на период с IX по XV век. А сопоставив эти графики с материалами, полученными при исследовании древесины, пошедшей на постройку соборов, удалось более точно датировать каждое изменение роста годичных колец и выработать «древесный календарь» с 884 по 1462 год.
Впоследствии этот календарь был «надстроен» по срезам дерева, взятым от зданий XVI, XVII и XVIII веков; здесь с выяснением года постройки дело обстояло значительно проще. А графики, снятые со свежеспиленных двухсотлетних хвойных деревьев, позволили сомкнуть полученный календарь с дендрохронологическими схемами, установленными для нынешних лесов.
С помощью этих графиков сначала определили время закладки различных зданий и сооружений в Новгороде. Было установлено, например, что самый старый из доступных определению ярусов мостовой был настлан в середине Х века (в 953 г.). Следующий за ним двадцать седьмой по счету настил был положен через 19 лет. Новгородская «служба коммунального хозяйства» работала прекрасно. Не реже, чем раз в тридцатилетие, а то и через десяток лет, обновляли новгородцы свои улицы.
Для многих строений, о которых раньше был известен лишь век закладки фундамента, теперь выяснена точная дата постройки. Но является ли шкала, установленная в Новгороде, универсальной? Для выяснения этого необходимо было провести широкие сравнительные исследования и на других археологических раскопках.
С этой целью были изучены коллекции деревьев, собранные в двух других древних городах - Белозерске (Вологодская область) и Полоцке (Белоруссия). Таким образом, исследования охватили большую территорию, протянувшуюся с северо-востока на юго-запад почти на 800 км. Дендрохро-нологические графики, построенные для различных районов этой территории, показали некоторые различия в закономерностях изменения толщины годичных колец роста, однако общая картина подтвердилась.
Теперь археологи могут с достаточной уверенностью судить о возрасте деревянных построек последнего тысячелетия. Абсолютный возраст срубленного дерева удается определить с точностью до 1 года. И для этого годится почти любое бревно хвойной породы, лишь бы на нем сохранились здоровые внешние слои древесины и последнее кольцо прироста.
КОСТИ ОБРЕТАЮТ ГОЛОС
О возрасте ископаемых скелетов, минеральном веществе и коллагене
Дендрохронологические шкалы разработаны лишь для отдельных участков земной поверхности. «Дальность» действия их сравнительно невелика. Кроме того, далеко не всегда в тех отложениях, возраст которых необходимо установить, встречаются стволы деревьев или хотя бы обломки древесины. Как же поступить в этом случае? Нельзя ли использовать для определения возраста отложении скелеты древних животных?
Оказалось, что и это возможно. Известно, что каждая кость состоит из минеральных и неминеральных веществ. В этом нетрудно убедиться, если прокалить кость на огне и сделать химический анализ несгоревшего остатка.
После гибели животного минеральное вещество кости начинает выщелачиваться и постепенно замещается другими неорганическими соединениями. Утрачивая свои первоначальный состав, насыщаясь новыми элементами, кость медленно превращается в окаменелость.
При этом скелет погибшего животного может попасть на каменистый или песчаный грунт, может покрыться слоем наносов или остаться лежать под открытым небом, испытывая действие солнечных лучей, дождя и ветра. И в каждом случае процесс изменения первоначального состава кости будет протекать по-разному.
Немецкий анатом И. Дюрст определил скорость, с которой выщелачивается минеральное вещество кости в различных условиях. Ему удалось показать, что если известна обстановка, в которой был захоронен скелет погибшего организма, то, узнав органический состав кости и количество оставшегося в ней первичного минерального вещества, можно установить время смерти животного с точностью до одной-двух тысяч лет.
На основании расчетов Дюрста были построены таблицы, позволявшие оценивать возраст органических остатков, погребенных в наиболее близких к нам отложениях четвертичного периода. Этот метод давал неплохие результаты при изучении археологических находок и иногда даже при исследовании так называемых субфоссильных, т. е. полуокаменевших, скелетов.
Но за 14 тыс. лет все исходное минеральное вещество кости успевает подвергнуться выщелачиванию, и для более старых окаменелостей этот способ уже непригоден. Как же быть тогда?
Ответ на этот вопрос дал украинский ученый Иван Григорьевич Пидоплычко. Как уже говорилось, в каждой кости кроме минеральных веществ содержатся еще и неминеральные. Одно из них - промежуточное вещество костной ткани, известное под названием коллаген или оссеин, разлагается очень медленно, сохраняясь в скелете погибших животных десятки и даже сотни тысяч лет. Особым способом прокаливая ископаемые кости вымерших зверей, можно выяснить, какое количество коллагена сохранилось в этих костях, а зная первоначальное его количество, можно подсчитать, сколько лет назад погибло животное.
Метод, предложенный Пидоплычко, гораздо совершеннее метода Дюрста. И хотя его тоже нельзя считать непогрешимым, но это уже отчетливо наметившееся направление, открывающее для абсолютной геохронологии широкие возможности. Достаточно вспомнить, что коллаген содержат все кости, известные из современных и верхнечетвертичных отложений, чтобы понять, насколько большую роль может сыграть это направление в стратиграфии горных пород, образовавшихся в ближайшую к нам эпоху кайнозойской эры.
Были предложены и другие методы определения абсолютного возраста слоев на основании химического анализа скелетов погребенных в них животных.
Один из таких методов основан, например, на изучении содержания в ископаемых костях фтора. Было выяснено, что чем «старше» найденный скелет, чем древнее его геологический возраст, тем больше фтора в веществе ископаемых костей. С течением времени увеличивается также и отношение количества фтора к присутствующему в кости моноксиду углерода (СО). Зная эти соотношения, можно оценить продолжительность пребывания в земле интересующей нас палеонтологической находки и, обобщив данные по многим коллекциям, указать даты образования каждого пласта, содержащего органические остатки.
Приведем один пример.
В начале нынешнего столетия в Англии, в окрестностях селения Пилтдаун, были найдены потемневшие обломки черепа, очень похожего на череп современного человека. Но нижняя челюсть этого существа резко отличалась от человеческой. Она напоминала, скорее всего, челюсть шимпанзе. Разгорелись споры. Одни считали, что попросту не могло существовать животного, которое столь явно совмещало бы в себе признаки обезьяны и человека. Другие, напротив, усмотрели в этой находке еще одно доказательство происхождения человека от обезьяноподобных предков и выделили загадочное животное в самостоятельный род, который назвали «эоантропус», что значит «заря-человек».


Находка в Пилтдауне: 1 - пилтдаунскан подделка; 2 - череп современного человека.

Почти 40 лет продолжались разногласия. В некоторых монографиях даже появилось описание этого странного человека. Но в 1953 г. был определен абсолютный возраст пилтдаунских костей. Что же оказалось? Череп действительно принадлежал человеку, но не примитивному, а нашему сравнительно недавнему предку, жившему около 600 лет назад. Челюсть же оказалась принадлежащей обыкновенному шимпанзе и была еще моложе - около 500 лет. Кроме того, при изучении под микроскопом выяснилось, что зубы в челюсти были подпилены. Это придало им необычный вид и заставило некоторых исследователей поначалу усомниться в том, что найденная челюсть принадлежит обезьяне.
Но надо заметить, что и череп, и челюсть выглядели как настоящие окаменелости. Откуда же взялись у них признаки ископаемых костей, сумевшие ввести в заблуждение специалистов? Химики без труда ответили и на этот вопрос: просто авантюрист (или шутник?) тщательно обработал оба образца перманганатом калия и хромпиком. Надо отдать ему должное - сделано это было настолько искусно, что череп и челюсть приобрели одинаковую окраску и имели столь естественный вид, что даже опытный глаз не мог разоблачить фальсификацию.

ВОЗРАСТ КАМНЯ
О связи разных летосчислений и подарке исчезнувших морей
Определение абсолютного возраста ископаемых остатков животных возможно лишь в пределах последних 300 тыс. лет. Правда, уран-свинцовый, калий-аргоновый, стронций-рубидиевый и некоторые другие методы дают возможность проникнуть в глубь истории Земли на десятки миллионов и даже миллиарды лет. Однако минералы, содержащие эти радиоактивные элементы, обычно приурочены к так называемым магматическим и вулканогенным породам, т. е. к горным породам, образовавшимся из огненных расплавов.
Анализируя эти минералы, можно узнать, сколько времени прошло с момента кристаллизации магмы, когда излилась вулканическая лава и возникли рудные месторождения. Но породы эти не содержат органических остатков, по которым их можно было бы отнести к тому или иному геологическому периоду. Удастся ли связать между собой «относительный» календарь, построенный на закономерностях распространения в различные эпохи разных групп животных, с «абсолютным» возрастом земных слоев?
Изредка в морских отложениях вместе с остатками вымерших животных встречаются красивые зеленые зернышки. Это силикатный минерал глауконит. В его кристаллах и радиально-лучистых зернах содержатся радиоактивные вещества, позволяющие перебросить мост между «абсолютной» и «относительной» системами летосчисления.
Для. того чтобы определить возраст по глаукониту, нужно располагать довольно большим количеством зерен этого минерала. Около 80 г глауконита должен извлечь геолог из породы, чтобы установить, например, время образования неогеновых отложений. И хотя количество минерала, требующееся для анализа, уменьшается по мере продвижения к более древним эпохам, все равно даже в протерозойских толщах необходимо собрать не менее 10 г глауконита. Поэтому пробы осадочных пород, из которых предполагается извлекать глауконитовые зерна, обычно весят несколько килограммов. Лишь в докембрийских отложениях, если случается иногда найти в них переполненные этим минералом участки, можно ограничиться одним-двумя крупными кусками породы.
Для радиологического анализа пригоден только абсолютно чистый глауконит. Чтобы добыть его, горную породу дробят, просеивают и прямо на ситах тщательно промывают водой. Очищенную от пыли пробу осторожно высушивают, оберегая от воздействия высокой температуры, под действием которой может нарушиться химический состав минерала. Затем собирают все, даже самые мелкие частицы, получившиеся после дробления, и с помощью электромагнита или тяжелой жидкости - бромоформа - отделяют зерна глауконита.
Если минерал, как это нередко бывает, был заключен в известковых породах, предварительно растворяют часть известкового цемента в слабых органических кислотах. Извлеченные из известняка зерна глауконита, как правило, бывают подернуты тонкой карбонатной пленкой. Поэтому непременно нужно промыть их слабым раствором уксусной или соляной кислоты. Если не сделать этого, углекислый газ, бурно выделяясь во время опыта, может развеять из пробирки мельчайшие летучие частицы минерала и сведет к нулю результат трудоемкого анализа.
Нередко зерна глауконита, особенно из глубоководных отложений, бывают чрезвычайно мелкими. Это затрудняет отбор их из породы. Кроме того, этот минерал легко поддается изменениям. Иногда он ожелезняется, превращаясь в бурые катышки, почти лишенные калия; в других случаях становится совершенно бесцветным. Стоит хоть немного проявиться процессам выветривания, как начинается бегство аргона из кристаллической решетки минерала.
Бывают и такие случаи, когда даже превосходно сохранившиеся на первый взгляд кристаллы по какой-то причине утрачивают некоторую часть радиогенного аргона. Предполагают, что это происходит в результате незначительных нагревании породы за время ее существования, а также вследствие изменении слоистой структуры минерала. Поэтому возраст, определенный по глаукониту аргоновым методом, может оказаться несколько моложе, чем ожидается.
Однако в результате упорных поисков все же удается обнаружить образцы минерала, которым посчастливилось избежать перекристаллизации и остаться незатронутыми действием выветривания. Зерна такого глауконита содержат много калия. Они-то и дают наиболее достоверные оценки геологического возраста.
Советские радиологи доказали, что возраст осадочных пород можно определить по глаукониту в огромном интервале времени - вплоть до полутора миллиардов лет, и ошибка в определениях не превысит при этом 10, а иногда и 5%.
По глаукониту можно устанавливать возраст песков, песчаников, глин, известняков, доломитов и других пород, отложившихся в водных условиях. Этот минерал образуется в природе на границе водной среды и воздуха и потому особенно часто встречается вместе с окаменелостями. Он довольно широко распространен в морских породах, находящихся ныне на материках и принадлежащих к различным геологическим системам.
Из множества стратиграфических границ особенный интерес для геологов представляют некоторые «опорные» рубежи, определяющие существенные изменения в историческом развитии Земли. Об одном из таких рубежей уже говорилось. Это - граница меловой и палеогеновой систем, отделяющая мезозойские отложения от кайнозойских. Пользуясь различными радиологическими методами, геологи неоднократно пытались определить возрастное положение этой границы. Результаты получались близкие, но не одинаковые - от 63 до 70 млн. лет. Какой из этих датировок отдать предпочтение?
Для решения этого вопроса были использованы глаукониты из разреза верхнемеловых и палеогеновых отложений Прииртышья. С помощью методов ядерного гамма-резонанса были тщательно отобраны зерна минерала с неразрушенной кристаллической решеткой. Хорошая сохранность этого материала полностью исключала возможность утраты радиогенного аргона вследствие прогрева, окисления или выветривания и обеспечивала отсутствие искажений радиологического возраста. Детальное стратиграфическое положение анализируемых образцов по ярусам было оценено с помощью споро-пыльцевого анализа. Выполненные калий-аргоновым методом определения абсолютного возраста глауконитов полностью совпали с последовательностью появления в разрезе палеонтологических индикаторов времени и позволили уточнить положение границы мела и палеогена. Возраст этого рубежа оказался равным 67 млн. лет.
От миоцена до кембрия успешно «работает» глауконит, позволяя измерять абсолютный возраст слоев, относительная геохронологическая позиция которых определена по содержащейся в них ископаемой фауне и флоре. Каждый новый точный анализ - шаг по пути уточнения методов абсолютной геохронологии, продвижение к укреплению ее связи с относительной шкалой геологического возраста.
А для отложений, которые старше 500 млн. лет, глауконит вновь выступает на первое место. Здесь он едва ли не единственный минерал, пригодный для определения абсолютного возраста калий-аргоновым методом. И именно по глауконитам установлен, например, возраст древних образований Русской платформы, сформировавшихся от 0,5 до 1,3 млрд. лет назад.



СЛОВО БЕРЕТ АСТРОНОМИЯ
О годе длиной четыреста дней и еще раз о кораллах
А что если найти такой способ, который позволял бы определять возраст непосредственно по скелетам доисторических обитателей Земли? Не по составу химических веществ, слагающих скелетную ткань, а прямо по самому скелету, по его строению.
Эта мысль давно приходила к естествоиспытателям, но никто не рисковал высказать ее вслух. И действительно, казалось безумием мечтать о невозможном вопреки строгим фактам, хорошо изученным физиками и химиками. О чем было говорить, если известно, что природное минеральное вещество сохраняется в костях всего 14 тыс. лет, а коллаген - не более нескольких сотен тысяч лет. Стоит углубиться в более древние времена, и мы встречаем кости, утратившие свою первоначальную структуру, окаменевшие. Мало того, десятки и сотни миллионов лет назад у большинства животных вообще не было костного скелета. Недаром их называют беспозвоночными.
Однако почему только физика и химия считают своим исключительным правом решать вопрос о возрасте Земли? Нельзя ли подойти к решению этой задачи с совершенно иных позиций?
Мы уже говорили об астрономических циклах протяженностью от одного до нескольких лет, которые находят отражение в ритмичном строении осадочных толщ. Эти циклы оказывают влияние и на представителей органического мира.
Многие животные и растения запечатлевают их в структуре своих тканей.
Годичные кольца роста встречаем мы у деревьев; ежегодно появляются новые полосы нарастания на раковинах моллюсков; следы трехлетних периодов солнечной активности можно прочитать на чешуе некоторых рыб. А если взглянуть на скелеты карбонатных водорослей, живших в прошлые периоды, на них можно проследить трех-, одиннадцати- и тридцатилетние циклы. Внимательно изучая окружающие нас и вымершие существа, нельзя не убедиться в том, что очень многие организмы на всю жизнь сохраняют в своем скелете отпечаток сезонных и многолетних изменений климата.
Но некоторые явления в жизни животных подчинены еще более коротким циклам. Например, морские черви палоло размножаются только в определенные фазы Луны; ракообразные периодически линяют в интервале между весенним и осенним равноденствиями; ежемесячные колебания климата сказываются на росте и жизни некоторых иглокожих.
А сутки - это простейшее чередование двух состояний: дня и ночи - заставляют пульсировать временные водные потоки, которые отлагают и уносят слои минеральных частиц. Неужели они не оказывают никакого влияния на формирование скелета организмов? Долгое время ответить на этот вопрос не удавалось. Но в конце концов поиски были вознаграждены. Помогли кораллы.
У некоторых кораллов известны кольца, каждое из которых указывает на годичный прирост его скелета. Но если подробно рассмотреть участок годового прироста такого коралла под сильным микроскопом, то на его морщинистом известковом покрове - эпитеке - можно заметить тонкие гребни.
О существовании этих гребней было известно давно, но никому не приходило в голову подсчитать их количество. А когда подсчитали, результат сразу насторожил палеонтологов. Они брали разные образцы, повторяли наблюдения, и оказалось, что у современных коралловых полипов число таких гребней колеблется от 360 до 366, т. е. в среднем соответствует количеству дней в году.
Это наблюдение было очень интересно с биологической точки зрения. Но, казалось, оно не имело отношения к вопросу о возрасте земных слоев, если бы не одна, на первый взгляд, малозначительная подробность: количество гребней в среднем соответствовало продолжительности современного года.
Астрономы доказывают, что время, за которое Земля совершает один оборот вокруг Солнца, за последние 600 млн. лет почти не изменилось. Зато скорость ее вращения вокруг своей оси по астрономическим подсчетам замедляется примерно на две секунды за каждые 100 тыс. лет. Таким образом, на протяжении истории Земли длительность суток возрастает, а число дней в году уменьшается.
Зная скорость, с которой Земля замедляет свое вращение, можно высчитать продолжительность года в разные периоды. В кембрийском периоде год должен был содержать 424-412 суток, в ордовикском 412-402, в девонском 396, в каменноугольном 393-390, в пермском 385, в триасовом 381, в юрском 377, и так далее.
Для проверки этих данных были взяты скелеты древних девонских кораллов. Подсчитали у них количество гребней в кольцах прироста; оказалось, что оно изменяется от 385 до 410, а в среднем равно 400. Эти цифры, как нетрудно убедиться, совпадают с предполагаемым числом дней в году девонского периода. По-видимому, длительность суток составляла в это время около 21 часа. Изучение линий нарастания более молодых - каменноугольных - кораллов показало, что их количество у животных этого возраста изменяется от 385 до 390.
Но если можно по длине года определить, к какому периоду относятся ископаемые окаменелости, то нельзя ли с их помощью решить обратную задачу - оценить абсолютный возраст вмещающих эти окаменелости пород? Теоретически это вполне возможно. Ведь если бы удалось, например, по линиям нарастания установить, что в самом начале кемб-рийского периода год содержал 420 суток, можно было бы утверждать, что этот период начался 600 млн. лет назад.
Изучение циклических закономерностей нарастания скелетных форм на различных организмах показало, что задача намного сложнее, чем предполагали исследователи поначалу. Например, анализ большого количества образцов кораллов из тех же девонских отложений заставил признать, что во многих случаях годичную периодичность роста этих беспозвоночных установить не удается. Сходные выводы получены и по кораллам, жившим в некоторые другие геологические периоды. Это вызвало сомнения в том, что по их скелетам можно с уверенностью судить об изменении скорости вращения Земли.
Но не успело это неутешительное заключение появиться в печати, как девонские кораллы преподнесли ученым новый сюрприз. Было установлено, что линии нарастания на эпитеке некоторых представителей этих животных бывают сгруппированы в пояски, каждый из которых содержит в среднем 30,6 тонкой линии нарастания. Известно, что у кораллов, как и у многих других морских организмов, биологические ритмы связаны с лунными, или приливными, циклами. По-видимому, эта закономерность унаследована ими от далеких предков. Если это так, то не означают ли наблюдаемые структуры роста кораллов, что лунный месяц в девонском периоде длился 30,6 суток?
Предполагаемая продолжительность девонского лунного месяца заметно превышает длительность современного приливного цикла, который составляет 29,5 суток. Если дальнейшие исследования подтвердят справедливость полученных выводов, то откроется еще одна возможность использования палеонтологических данных при изучении эволюционного развития системы планетных тел.
Значительно более дробные циклы удалось проследить при изучении раковин двустворчатых моллюсков. По различиям в структуре, толщине линий нарастания и по изменениям в составе вещества раковин моллюсков устанавливаются годовые циклы их роста, а также циклы, отвечающие развитию животного в летний и зимний сезоны. Кроме того, наблюдаются чередования циклов, соответствующих четырнадцатисуточным периодам максимальных и минимальных приливных амплитуд, и суточные циклы, проявленные в убыстрении роста раковины днем и замедлении этого процесса ночью. Иерархию этих периодичностей завершают шестичасовые циклы, порожденные различными условиями роста раковины во время прилива и отлива.
Исследования цикличности роста организмов на палеонтологическом материале активно развиваются и постоянно приносят новые интересные сведения, позволяющие связать палеонтологические наблюдения с данными абсолютной геохронологии. Судя по имеющимся наблюдениям, не исключена возможность, что сокращение числа дней в лунном месяце происходило на протяжении геологической истории не равномерно, а подчинялось более сложной закономерности. Уточнение этого предположения - одна из практических задач будущего. На основании палеонтологических наблюдений - вносить исправления в шкалу абсолютного возраста? Дерзкая идея! Но значит ли это, что она неосуществима?
Разумеется, эта удивительно простая и многообещающая гипотеза еще должна быть проверена на очень большом материале. И если окажется, что она верна, новый палеонтологический метод определения абсолютного времени, быть может, произведет переворот в геохронологии и даст в руки геологов несложный и верный способ оценки истинного возраста земных слоев.

ДОРОГА НЕ КОНЧАЕТСЯ
О поисках и перспективах
Сложным и исполненным противоречий предстает перед нами развитие дисциплин, составляющих геохронологию. С тех пор как в VI веке до нашей эры древнегреческий ученый Ксенофан из Колофона впервые понял, что ископаемые останки животных, заключенные в горных породах, отражают изменения в геологической жизни планеты, палеонтология прошла трудный путь. Несправедливо забытые на протяжении двух тысячелетии идеи вновь воскресли и получили блестящее развитие в трудах ученых XIX и XX веков.
Еще за четыре с лишним столетия до нашей эры древнегреческий историк Геродот полагал, что наносы, отложившиеся в долине Нила, могут служить мерой для установления продолжительности доисторического времени. И опять потребовалось более двадцати веков, чтобы человечество снова вернулось к той же мысли.
Немало трудностей пришлось испытать и биологам, шедшим независимой от геологов дорогой. В жестокой борьбе с косностью познавало человечество законы взаимоотношения живой материи и окружающей среды. Слезами и кровью оплачены победы учения о естественном отборе, наследственности и эволюции животного и растительного мира. И сегодня в ряду тех, кто самоотверженным трудом внес свою лепту в становление науки о возрасте Земли, по праву занимают место имена последователей Ламарка, Дарвина и Менделя.
Высказанные Декартом, Лейбницем и Бюффоном смелые мысли о том, что образование Земли произошло в результате продолжительных естественных процессов, проторили тропу научно обоснованным космогоническим теориям.
Но великий физик Ньютон объявил, что, согласно его расчетам и Библии, земной шар должен был появиться на свет 6030 лет назад. И почти 200 лет после этого заявления, попеременно испытывая горечь поражений и счастье удач, шла физика в поисках истины, пока не открыла возможности устанавливать возраст минералов по радиогенным элементам. Это заставило увеличить сроки, определенные Ньютоном, почти в миллион раз.
С тех пор наука о возрасте Земли прочно встала на ноги. Она постигла искусство устанавливать время рождения кристаллических горных пород, определять сроки произошедших с ними изменений, выяснять зависимость их возраста от характера геологической обстановки, в которой породы образовались.
Она научилась определять тщательно замаскированный природой возраст осадочных пород. Изучая состав осадков, отложившихся на дне водоемов, радиологи умеют теперь устанавливать все многообразие форм, в которых существуют содержащиеся в породах материнские радиоактивные элементы: калий, рубидий, уран и торий.
Выпадая из морской воды, известковые осадки захватывают с собой свинец. Выяснив изотопные составы свинца, присущие каждой из прошлых геологических эпох, остается сравнить с ними результаты анализа породы и получить ответ, к какому времени следует отнести образование исследуемой толщи известняка. Но вместе с осажденным свинцом в породах накапливается также некоторое количество радиогенного свинца, возникшего за счет распада ничтожных количеств урана и тория, содержащихся в породе. Сколь ни мало их содержание, но оно влияет на оценку возраста. И разрабатываются точные методы, позволяющие устранить влияние этой помехи.
Огромную популярность во всем мире завоевал аргоновый метод определения возраста. Современная техника позволяет обнаружить в породе и измерить самые ничтожные количества аргона. Даже стотысячная доля кубического миллиметра этого элемента не ускользает от чуткой аппаратуры. А это значит, что с помощью аргонового метода, может быть, удастся устанавливать возраст отложений с точностью до 100 тыс. лет.
По глаукониту, сильвину и другим минералам определяется длительность геологических событий. Но сильвин очень часто подвергается перекристаллизации, в результате которой происходит почти полная потеря накопленного породами аргона. Значит, надо обратить внимание на поиски таких признаков, которые позволили бы выбирать из множества имеющихся образцов именно те, которые наиболее пригодны для анализа. Для сильвина нашли подобные приметы, и теперь известно, что наилучшие результаты обычно дают крупные кристаллы с характерными «лодочками» роста на нижней грани.
Но большинство осадочных пород не содержит ни глауконита, ни сильвина. В этом случае в ход идут мельчайшие чешуйки гидрослюдистых минералов, зародившиеся в породе во время ее образования.
В последние годы в некоторых лабораториях для определения абсолютного возраста стали использовать еще одну минеральную группу - пироксены. Однако эти минералы, типичные для магматических и метаморфических пород, содержат довольно большое количество «чужого» аргона, и происхождение присутствующего в них калия пока еще тоже не вполне ясно. Но радиологи начинают изучать их «язык», и, возможно, им посчастливится найти ключ к его толкованию, что поставит на службу геохронологии и этот класс минералов.
Еще предстоит поближе познакомиться с многочисленными родственниками урана. Семейство дочерних элементов урана крайне многообразно. Интересные результаты были получены при исследовании одного из членов этого семейства - иония (2 Th). Некоторое количество иония постоянно осаждается вместе с тонкими глинистыми осадками, падающими на дно океана. Опустившись на дно, ионий начинает постепенно разлагаться. При этом период его полураспада равен 84 тыс. лет.
Если поднять с океанического дна колонку грунта и измерить, какое количество иония содержится в каждом из тончайших пропластков донного осадка, то выяснится, что содержание этого элемента постепенно уменьшается с глубиной. Эта закономерность вполне может быть использована для определения скорости формирования отложений морского дна и, вероятно, позволит создать возрастные карты для огромных площадей подводного царства, покрытых однообразным чехлом илов, время образования которых до сих пор остается загадкой. Может быть, этот способ пригодится и при выяснении возраста бывших морей, воды которых в недавнее время захватывали территорию нынешних континентов.
Все новые и новые изотопы находят применение при определении абсолютного возраста.
При изучении разнообразных объектов используется метод измерения времени по свинцу-210. Он позволил выяснить скорости смешения океанических вод и воздуха атмосферы, интенсивность выпадения осадков и рост снежного покрова Антарктики, возраст урановых месторождений в Альпах и историю минералов из вулканических фумарол Везувия и Долины Десяти Тысяч Дымов на Аляске.
Для исследования скорости накопления осадочных пород применяются протактиний-231 и торий-230. С помощью этих же изотопов сравнивается возраст удаленных друг от друга геологических разрезов и уточняются эпохи нашествия холода.
Два «брата» - уран-234 и уран-238 - нашли применение при датировании новейших морских и озерных отложений.
При изучении метеоритов пущены в дело «вымершие» изотопы: иод-129, ксенон-129, свинец-205 и плутоний-244. Для определения возраста редкоземельных минералов оказалась пригодной пара самарий-147- неодим-143. С помощью самарий-неодимового метода удалось обнаружить закономерные изменения изотопных характеристик, отражающих процессы эволюции Земли, и на основании изучения молодых вулканогенных пород, излившихся на дно океана, уточнить строение их источника - мантии нашей планеты.
Используя «привычку» минералов сохранять продукты ядерного деления, советские ученые Виталий Григорьевич Хлопин и Эрих Карлович Герлинг предложили ксенон-урановый метод. А свойство осколков ядерного деления оставлять на пути своего прохождения в минералах тончайшие следы - треки - позволяет с помощью электронного микроскопа ввести в практику еще один многообещающий способ оценки возраста - по количеству, форме и ориентировке треков.
Исследование соотношений изотопов позволило уточнить представления о происхождении метеоритов, выявить характерные особенности развития земной коры и мантии, проверить гипотезы о строении и эволюции интрузивных и вулканогенных пород.
Специалисты уже давно научились определять возраст метеоритов. Но было совершенно невозможно установить время, когда небесный камень прорвался сквозь заслон атмосферы к земной поверхности. С огромной силой ударяя в каменную оболочку Земли, метеориты нередко проходят сквозь толщу отложений нескольких эпох, и выяснить время их падения казалось немыслимым. Радиоуглеродный метод помог ответить и на этот вопрос.
Время образования почв, периоды изменения температуры вод, эпохи и пути миграции вымерших животных, возраст вулканических извержений, периоды наступлений ледников - в решении всех этих вопросов может принять участие изотопная геохронология.
Но кроме «земных» изотопов на поверхность планеты постоянно поступают радиоактивные изотопы космического происхождения. Продолжительное время, во всяком случае уже несколько миллионов лет, скорость их притока на Землю сохраняется неизменной. В последние годы к ним добавились новые искусственные источники радиоактивности: ядерные взрывы и отходы ядерных установок. Значительная часть всех этих веществ попадает в океаны, занимающие семь десятых площади земного шара.
Тритий, бериллий-10, углерод-14, алюминий-26, хлор-36, кремний-32 - все эти изотопы, порожденные деятельностью человека и космосом, также могут быть использованы и в геохронологии. Уже сегодня существуют точные методы, позволяющие определять их содержание. По-видимому, и недолговечные и долгоживущие представители этого сообщества вскоре найдут свое применение, например в океанографических исследованиях.
Уже говорилось, что для детального изучения горных пород из них изготовляют тонкие прозрачные пластинки - шлифы. Если поместить шлиф под микроскоп, можно увидеть сложную картину внутреннего строения породы. Обломки минералов; микроскопические кристаллы; минералы сросшиеся; минералы, разъедающие друг друга... И внутри некоторых из них можно встретить радиоактивные включения. Вокруг таких включений часто наблюдаются окрашенные ореолы. Их называют плеохроичными (т. е. многокрасочными) двориками.
При внимательном изучении видно, что каждый дворик состоит из нескольких обособленных концентрических колец. Их происхождение объясняется различной дальностью полета альфа-частиц, образующихся при радиоактивном распаде вещества, из которого состоит минеральное-включение. Теоретически доказано, что степень окрашенности колец дворика должна быть пропорциональна времени, на протяжении которого осуществлялась бомбардировка вмещающего минерала радиоактивными частицами.
Значит, если удастся с достаточной точностью установить скорость изменения окраски плеохроичных ореолов, можно будет и этот метод взять на вооружение геохронологии. Но окрашенные зоны вокруг радиоактивных включений быстро разрушаются при нагревании. Следовательно, их можно использовать и для того, чтобы определять продолжительность тепловых воздействий, которым подвергалась горная порода за свою историю.
А может быть, и обычный поляризационный микроскоп послужит геохронологическим исследованиям? Неужели для того, чтобы определить, например, количество содержащегося в минерале аргона, непременно нужно произвести дорогостоящий химический анализ? В ответ на это московский ученый Ефрем Александрович Кузнецов предложил новый способ измерения абсолютного возраста - по оптическим свойствам минералов, определяемым с помощью поляризационного микроскопа.
Исследуя климаты древних эпох и нашего времени, специалисты разгадали размеренную смену климатических циклов. Через 3, 11, 30 и 90 лет повторяются на Земле различные изменения природной обстановки. Через 1800 лет наступают многоводные эпохи увлажнения, давшие начало мифам о всемирном потопе. Ритмы эти объединяются в более крупные, насчитывающие десятки и сотни тысяч лет, а те в свою очередь подчиняются циклам несравнимо большей протяженности, исчисляемым десятками и сотнями миллионов лет.
Однако несмотря на множество методов, еще не все границы между геологическими системами установлены с полной достоверностью. Не только радиоизотопные, но иногда даже традиционные палеонтологические методы, случается, не позволяют однозначно наметить рубеж между геологическими подразделениями.
Еще большие сложности вызывает проблема разделения докембрийских толщ, которые в большинстве случаев не содержат ископаемых животных и растении. Для них предложено множество классификации, каждая из которых имеет свои преимущества и свои недостатки. Необходимо выполнить огромный объем исследований, чтобы с учетом абсолютного возраста движений земной коры, которые отражены в эпохах формирования гранитов, внедрения магмы и образования руд, создать шкалу геологического возраста, приемлемую для всех частей земного шара.
Во всех этих областях для геохронолога работы - непочатый край.
А дальнейшее развитие астрономии, астрофизики и астрогеологии выдвигает перед исследователями новую проблему - привести геохронологическую шкалу в соответствие с естественными этапами жизни планеты. Если удастся облечь в стройную систему колоссальное количество сведений, добытых палеозоологами, палеоботаниками, геологами и астрономами, это, вероятно, позволит внести некоторые уточнения и в схему подразделения земных слоев. Эти изменения коснутся прежде всего наиболее крупных геологических единиц, по объему приблизительно соответствующих космическому году. Основные черты подобной перестройки уже намечаются. Все большее число фактов ложится на чашу весов тех гипотез, которые предполагают связь закономерностей геологического развития Земли с космическими процессами.
Наша планета - частица Вселенной, и все значительные события, происходившие и происходящие в Галактике и Солнечной системе, безусловно должны оказывать влияние на становление и развитие Земли. Космические силы - наиболее вероятный источник глобальных циклических процессов. Подчиняясь их воздействию, перемещаются блоки земной коры, наступают моря, вздымаются горные цепи, активизируется вулканическая деятельность, меняется климат. Мы еще не знаем точно, какова истинная продолжительность космического года. Но есть основания полагать, что дальнейшие астрономические исследования и познание геологической летописи позволят дать ответ на этот вопрос.
По всей вероятности, фанерозойский этап развития Земли будет подразделяться не на три, как это принято сейчас, а на четыре эры, соответствующие циклам обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики. При этом в состав фанерозоя, возможно, придется дополнительно включить верхневендские отложения, охарактеризованные остатками достаточно высокоразвитых организмов.
Если удастся привести шкалу относительного геологического времени в соответствие с закономерностями движения Солнечной системы, получит новое объяснение факт неодинаковой продолжительности различных геологических периодов, свидетельствующий, по-видимому, о том, что космический путь Солнечной системы совершается не по круговой, а по эллиптической орбите.
Циклы горообразования, магматической активности и глобальных оледенении, на первый взгляд, не имеют прямой связи друг с другом. Но будучи зависимыми от факторов, имеющих общую первопричину, они могут рассматриваться как проявления различных сторон одного общего процесса. И тогда сопоставление кривых, описывающих каждое из этих геологических явлений, позволит выявить скрытые закономерности эволюции земной коры. Любые крупные события, сопровождающие развитие литосферы, воздействуют и на все другие геологические оболочки планеты. Они влияют и на положение уровня Мирового океана, и на изотопные характеристики природных вод, и на газовый состав атмосферы, и на развитие органического мира. С другой стороны, колебания уровня океанов приводят к изменению условий осадконакопления, причем не только в морских бассейнах, но и на континентах; перемены в составе атмосферы ощутимо преобразуют характер процессов выветривания; водная и газовая оболочки планеты оказывают воздействие на существование биоса, а животные и растения в свою очередь активно влияют на баланс среди своего обитания. Очень сложна эта совокупность прямых и обратных зависимостей, присущая развитию геосфер, но необходимо изучить ее во всей полноте и многообразии.
Взглянув на принятую ныне геохронологическую таблицу, можно заметить, что протяженность различных геологических событий, имевших место на протяжении истории Земли, по мере приближения к нашим дням сокращается. Создается впечатление, что геологические процессы как бы ускоряются во времени. В пользу такого заключения, по-видимому, свидетельствуют и результаты радиометрического определения возраста горных пород.
Непрестанно улучшаются методы геохронометрии, уточняются значения периодов полураспада различных радиоактивных изотопов, и все более совершенной становится шкала абсолютного геологического возраста Земли. Но в основе большинства геохронометрических построений лежит предположение о том, что одна из фундаментальных физических величин - гравитационная постоянная - неизменна во времени. А что если эта величина не является незыблемой константой и постепенно изменяется? Доводы в пользу такого предположения имеются. И если это подтвердится, в шкалу абсолютного возраста будут внесены соответствующие поправки.
Повышает надежность своих методов и магнитометрическая стратиграфия, стремясь использовать древние природные компасы для синхронизации геологических событий, происходивших на разных материках. Связать изменения палеомагнитных характеристик с параметрами космической орбиты Солнечной системы - задача ближайшего будущего.
На новую ступень своего развития выходят и палеонтологические исследования. Древние животные и растения представляют собой едва ли не самый чуткий прибор, позволяющий зафиксировать сигналы, возникающие в природе под воздействием сил Космоса. Выявляется, что генетические механизмы, управляющие развитием органической жизни, также подчинены влиянию циклических процессов, генератором которых служат космические и связанные с ними планетарные события. Продолжительность существования тех или иных видов ограничена определенными отрезками времени, по истечении которых на смену старому таксону приходит новый. Различна скорость эволюции внутри отдельных групп растений и животных, но биологическое время каждой из групп подразделяется на соразмерные интервалы - кванты времени (фазы, или, как сейчас говорят, «хроны»), соответствующие зональным стратиграфическим подразделениям.
Некоторые виды, казалось бы, не подчиняются этой закономерности и сохраняют свой внешний облик в бесчисленном множестве поколений, существование которых исчисляется многими миллионами и даже десятками миллионов лет. Но применение математических методов позволяет установить, что и в этом случае идет ступенчатое изменение биологических признаков и что на различных стратиграфических уровнях мы имеем дело с совершенно различными организмами.
Изучение биологии животного и растительного мира открывает широкие перспективы и при определении возраста «новейших» геологических событий. Создаваемые при этом математические модели должны учитывать изменения скорости вращения Земли и закономерности планетарных взаимоотношений внутри Солнечной системы, в первую очередь поведение космических тандемов Земля-Луна и Земля-Юпитер.
И венцом всех этих многосторонних исследований должно стать создание единой геохронологической шкалы, в которой знания палеонтологии и биостратиграфии будут надежно увязаны с полевыми наблюдениями геологов и геофизиков, с анализами радиохимиков и новейшими достижениями планетарной геологии и астрономии.
Эта шкала позволит сверить время многочисленных геологических часов, отсчитывающих жизнь планеты, и, без сомнения, поможет человеку еще глубже проникнуть в земные недра в поисках их сокровищ.


НАУЧНО-ПОПУЛЯРНОЕ ИЗДАНИЕ
Александр Николаевич Олейников
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
Издание третье, переработанное и дополненное
Редактор издательства Л. Г. Ермолаева. Художник-оформитель М. А. Федорова. Технический редактор Н. П. Старостина. Корректор О. Г. Попова
И Б № 6366
Сдано в набор 12.01.87. Подписано в печать 02.07.87. М-39644. Формат 84Х 108/32. Бумага офсетная № 1. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл.-печ. л. 7,98. Усл. кр.-отт. 32,34. Уч.-изд. л. 9,64. Тираж 100000 экз. Заказ № 1837/698. Цена 65 коп.
Ордена «Знак Почета» издательство «Недра», Ленинградское отделение. 193171, Ленинград, С-171, ул. Фарфоровская, 18. Набор выполнен в тип. № 2 Ленуприздата.
Предприятие малообъемной книги дважды ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского производственного объединения «Типография имени Ивана Федорова» Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 192007, г. Ленинград, ул. Боровая, 51.
О 1904040000-312 gg 043(01)-87
554 053 УДК 550.93(023.11)
053 Олейников А. Н. Геологические часы. и доп. - Л.: Недра, 1987. - 151 с., ил.

(Последние исправления - 21.11.2001)


На главную страницу


<< Пред. стр.

страница 3
(всего 3)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Copyright © Design by: Sunlight webdesign