Дональд Джохансон - Люси. Истоки рода человеческого
Ответ: возраст образца 2,6 млн. лет.
По нескольким причинам, ответил Аронсон, две из которых имеют решающее значение. Во-первых, в ископаемых костях так мало калия-40, что точные измерения были бы невозможны. Во-вторых, кости выделяли аргон в течение одного или двух миллионов лет. Поэтому нет смысла пытаться измерить то, что осталось. Для получения точной датировки нужно использовать образцы, которые не дают утечки аргона. В этом-то и состоит величайшее достоинство вулканических материалов: они практически не выделяют газа — он прочно «заперт» внутри небольших кристаллов.
Во время извержения, объяснял Аронсон, материал выбрасывается в воздух под огромным давлением и при очень высокой температуре. Он начинает остывать, как только попадает в атмосферу, и сплавляется в стекловидную массу или же образует небольшие кристаллы. Это происходит очень быстро, за несколько часов. Поэтому формирование кристаллов можно рассматривать как одномоментное событие. Они появляются на свет абсолютно чистыми, без примеси аргона, образовавшегося раньше. А так как в дальнейшем они будут сохранять в себе весь аргон, образующийся в них при распаде калия-40, ясно, почему в принципе так легко определить их возраст.
— Я просто выпариваю аргон и измеряю его количество, — продолжал Аронсон. — Зная количество калия в начале эксперимента и скорость распада, я могу вычислить возраст образцов с помощью простой арифметики.
В действительности дело обстоит несколько сложнее. На поверхности самих образцов всегда адсорбируется небольшое количество воздуха, и как бы хороши ни были насосы, его никогда не удается полностью удалить. Эту атмосферную примесь тоже надо измерить и учесть. Для этих целей используют одну особенность аргона. Подобно калию, аргон представлен различными изотопами. Изотоп, в который превращается калий-40, — это аргон-40. Именно он преобладает в атмосфере. Однако в воздухе содержится также более редкий вариант — аргон-36. Его нет в вулканических породах, и поэтому любое его количество, обнаруженное масс-спектрометром, принадлежит остаточному воздуху, который не смогли удалить вакуумные насосы. Поскольку аргон-40 и аргон-36 содержатся в атмосфере в неизменной пропорции — 295,5 атомов первого на один атом второго, Аронсон просто измеряет количество аргона-36 в образце, умножает эту величину на 295,5, а затем вычитает ее из итогового результата. Оставшаяся цифра и представляет собой количество аргона-40, образовавшегося при радиоактивном распаде внутри кристалла.
— И количество это так мало, — добавил Аронсон, — что его едва можно измерить.
— А почему?
— Да потому, что сами породы слишком молоды. Я говорил вам, что мы имеем дело с материалом, которому всего два или три миллиона лет. Этого времени просто недостаточно для образования приличного количества аргона.
— Сколько же аргона содержится в образцах вулканических пород, которым три миллиона лет?
— Очень немного. Всего лишь несколько триллионов атомов.
— Это, по-вашему, немного?
— Но ведь атомы ужасно малы, — ответил Аронсон.
Помимо специфических трудностей, связанных с анализом не очень древних пород, Аронсону досаждала еще одна проблема-получение достаточно чистых образцов.
— Они должны быть чистыми, без посторонних примесей и, кроме того, целыми, а не разрушенными, чтобы исключить утечку части аргона. Этим-то и грешили образцы базальта, присланные вами из Хадара. По их внешнему виду я заподозрил, что они подверглись эрозии и утратили какое-то количество аргона. Мне трудно было судить, сколько именно; и все же я решил использовать их, хотя воздух, адсорбированный на их поверхности, создавал дополнительные трудности.
Мне хотелось испробовать и присланную вами партию образцов вулканического пепла, — продолжал Аронсон, — но я сразу увидел, что они слишком сильно изменены, чтобы быть полезными. Обычно я предпочитаю работать с пеплом. Он, как правило, содержит кристаллы полевого шпата или слюды, богатые калием. Когда имеешь дело с такими молодыми образованиями, приходится работать буквально на грани возможностей измерительных приборов. Поэтому лучше брать для анализа материалы с относительно высоким содержанием калия. Если вы этого не сделаете, то получите так мало аргона, что все равно не сможете его измерить, тем более при большой примеси атмосферного воздуха.
— А разве всякий вулканический пепел содержит калий? — спросил я.
— В большинстве случаев да. Но далеко не всегда в таком количестве, чтобы с ним можно было работать. Кроме того, при анализе пепла возникают свои трудности. Нужно знать наверняка, что кристаллы не были повреждены. Если структура их нарушена выветриванием или воздействием высоких температур, они могут терять аргон. Еще хуже то, что пепел часто содержит примеси более старых кристаллов. Способ образования подобных инородных включений может быть различным: например, более древние вещества лежали на поверхности почвы и были покрыты слоем пепла или, наоборот, попали в него значительно позднее. Полевой шпат, как вы знаете, довольно обычная горная порода. Допустим, я взял образец пепла из вулканического слоя в Хадаре, и в нем оказалась примесь полевого шпата, смытого с гор дождями. Он может быть на 200 миллионов лет старше самого образца и содержать огромное количество аргона. Достаточно всего нескольких кристаллов, чтобы свести на нет всю работу по анализу образца. Именно поэтому мне пришлось самому поехать в Хадар и выбрать как можно более надежные образцы. Я понимал, что ваши находки слишком важны, чтобы снабжать их сомнительной датировкой.
Прибыв в Хадар в декабре 1974 года, Аронсон в первую очередь стремился познакомиться с реконструкцией стратиграфии, сделанной Тайебом. Он хотел также собрать образцы из базальтового горизонта, определить при случае другие слои, которые можно было бы датировать, и взять из них хорошие пробы. Они с Тайебом сразу же понравились друг другу. Тайеб показал свою схему стратиграфической колонки, провел Аронсона по отложениям. После этого Аронсон был предоставлен самому себе и приступил к самостоятельным изысканиям. Он отличался феноменальной работоспособностью, вставал каждое утро до рассвета и выскальзывал из лагеря, прихватив с собой геологический молоток и рюкзак. «Вот еще один глупый иностранец», — рассуждали уже успевшие подняться афарские женщины, когда он проходил мимо в предрассветных сумерках.
Аронсон бродил повсюду. «Сидя в автомобиле, геологию не выучишь», — говорил он. Он начал с крайней западной части отложений и постепенно пересек весь массив, делая записи и собирая образцы. За день он проходил 10–15 миль. Он выделил несколько эталонных слоев, уже идентифицированных Тайебом, и проследил их ход через овраги и ущелья. Аронсон проделал это и с так называемым тройным туфом Тайеба — тремя узкими полосами вулканического пепла, которые образовались одна за другой в сравнительно короткий промежуток времени и были разделены отчетливым слоем. Это был слой остракод, названный так из-за обилия раковинок мельчайших водных организмов, процветание которых в определенный геологический период было связано с наличием в озере веществ, благоприятных для их роста. Этот слой вместе с окружающим его тройным туфом был одним из наиболее легко распознаваемых эталонных горизонтов в стратиграфической колонке Тайеба. Для Аронсона он значил то же, что табличка с названием улицы в незнакомом городе.
Аронсон медленно шел вдоль тройного туфа и слоя остракод в восточном направлении. Он распознал еще один горизонт, выделенный Тайебом. — слой гастропод, в котором преобладали раковины небольших пресноводных улиток. Он проследил ход и этого горизонта, а также хорошо выраженного слоя глины, который на нашем жаргоне получил название слоя «ГК» (глиняное конфетти), потому что под действием эрозии выглядел совсем как конфетти. Ознакомившись с расположением слоев, Аронсон был поражен скрупулезностью стратиграфической реконструкции Тайеба.
Наконец, Аронсон достиг базальтового слоя — лавового потока, который появляется в верхней части отложений восточного края массива и поддается датировке. Напомним, что его первые, несколько сомнительные образцы позволили определить возраст слоя в три миллиона лет с ошибкой ±200 тысяч лет. Аронсон хотел удостовериться в точности полученной цифры и уменьшить величину ошибки. Он собрал ряд образцов, заботясь главным образом о том, чтобы целостность их структуры не была нарушена.
Базальтовый слой с самого начала поставил геологов в затруднительное положение, так как место его в стратиграфической колонке было не вполне ясным: он не проходил через все отложения, а встречался только в их восточной части. Чтобы соединить его с основным массивом, где были найдены ископаемые остатки, нужно было изучить слои, расположенные выше или ниже, и найти аналогичные горизонты в других местах. Правда, над базальтом ничего не было — все вышележащие слои были разрушены эрозией. Он выходил прямо на поверхность, и геологи могли гулять по базальтовым обнажениям, ниже которых было несколько слоев, настолько невыразительных, что обнаружить их продолжение в других местах было очень трудно. Тайеб сделал все что мог. Он решил, что нашел хорошее соответствие, и поместил базальтовый слой на высоте 90 метров от основания разработанной им стратиграфической колонки.
