Дональд Джохансон - Люси. Истоки рода человеческого
— Хорошо, но какую именно цифру я должен принять?
— Это уж от вас зависит. На мой взгляд, самое разумное придерживаться датировки в три миллиона лет. Эту цифру дает нам калий-аргоновый анализ, и пока она не будет опровергнута, лучше исходить из этого результата. Но я бы сделал оговорку и сказал «не меньше трех миллионов». Именно это и нужно написать в нашей статье о датировке Хадара.
Недостаточно точное определение возраста базальтового слоя чрезвычайно беспокоило Аронсона. Чтобы внести необходимые коррективы, он решил привезти в Хадар одного из своих помощников — специалиста-вулканолога Боба Уолтера. Во время долгих странствий по отложениям Хадара Аронсон понял, что история вулканической активности этого района необычайно сложна, и надеялся с помощью Уолтера внести в нее некоторую ясность. А что если тому удастся найти вулканические туфы, пригодные для датировки! Ведь до сих пор единственным надежным горизонтом был базальт, а между тем при определении возраста важно иметь несколько датированных слоев для возможных сопоставлений и проверки.
Определение возраста ископаемых остатков из Хадара заняло семь лет и потребовало сопоставления результатов пяти различных методов: геологического, калий-аргонового, метода следов распада, палеомагнитного и биостратиграфического. Все они были необходимы для постепенного создания подробной и точной стратиграфической колонки. Слева представлен первый вариант колонки, разработанный Тайебом в 1973 году на основании одних только геологических данных.
Последующие три года принесли массу нового ископаемого материала и новых датировок, которые в 1979–1980 годах были исправлены с учетом данных о палеомагнетизме и об ископаемых свиньях (биостратиграфия). Полученные результаты позволяют Аронсону утверждать, что возраст базальта 3,75 млн. лет. Если это так, то древность Люси и «первою семейства» составляет около 3,5 млн. лет, а челюстей и коленного сустава — около 4 млн. лет.
Уолтер прибыл в Хадар осенью 1975 года и довольно быстро обнаружил нечто весьма ценное: три довольно тонких слоя вулканического пепла, расположенных близко друг к другу и занимающих относительно высокое место в стратиграфической схеме отложений. Он назвал эти слои ВКТ-1, ВКТ-2 и ВКТ-3. От первого и третьего горизонтов пришлось почти сразу же отказаться — они содержали слишком много примесей и были непригодны для датировки, зато второй (средний) выглядел весьма многообещающе. Уолтер показал его нам с Тайебом, и мы, основываясь на положении слоя в стратиграфической колонке, с ходу прикинули его возможный возраст.
— Ему, видимо, около двух с половиной миллионов лет, — заявили мы.
Боб собрал ряд образцов и отвез их в Кливленд. Несколько он отдал Аронсону для калий-аргонового датирования, остальные использовал для определения возраста иным способом, которым он прекрасно владел. Мы с нетерпением ждали результатов и очень надеялись, что оба метода анализа дадут сходные ответы.
Для определения возраста Уолтер применял так называемый «метод следов распада». Он основан на присутствии урана в мельчайших кристаллах циркона, встречающихся в вулканическом туфе. Эти кристаллы бывают разных размеров; крупные считаются полудрагоценными камнями. Те, которые вкраплены в вулканические породы, чрезвычайно малы. Это прозрачные, как стекло, брусочки с заостренными концами, чем-то похожие на хрустальные подвески для люстр. Однако они настолько малы, что распознать их кристаллическое строение можно только под микроскопом. Подготовленный для анализа образец одинаковых по размеру кристаллов циркона, взятых из вулканического туфа и очищенных от посторонних примесей, напоминает пробирку, заполненную речным песком с такими мелкими зернами, что по структуре он приближается к порошку.
Подготовка образца начиналась с отбора сходных по внешнему виду проб вулканического пепла из какого-либо горизонта туфов Хадара. Затем Уолтер просеивал пепел через ряд сеток с постепенно уменьшающимися ячейками с целью отделить мельчайшие кристаллы различных минералов. Чтобы получить циркон в чистом виде, он погружал кристаллы в растворы различной плотности. Кристаллы циркона, будучи самыми тяжелыми, всегда опускались на дно, тогда как более легкие всплывали. Уолтер сливал всплывшие частицы и сохранял осадок. Повторив эту процедуру несколько раз, он получал практически чистый образец циркона.
Мельчайшие кристаллы циркона позволяют определить возраст по следам распада урана. Вначале нужно получить чистые образцы кристаллов, затем отполировать их, удалив с поверхности все царапины. Любые следы, оставшиеся в кристалле, — результат расщепления ядер урана, которые распадаются один за другим на протяжении длительного времени. Число таких следов указывает на возраст кристаллов.
Затем кристаллы циркона нужно выложить в небольшую плоскую тефлоновую посудину, причем таким образом, чтобы они образовали на ее дне плотный слой толщиной в один кристалл. Сделать это не так трудно, как кажется: длина кристаллов в несколько раз больше их ширины, поэтому для них естественно лежать на боковой грани. Зафиксировав кристаллы с помощью специального клеящего вещества, их полируют, чтобы удалить с наружных поверхностей все возможные царапины и следы разрушения. Эта процедура совершенно необходима — в дальнейшем Уолтер будет искать под микроскопом небольшие, похожие на царапины следы, образовавшиеся при распаде урана внутри кристалла. Для определения возраста Уолтеру нужно будет считать эти следы, поэтому на поверхности не должно быть ничего такого, что можно с ними спутать, — даже малейших неровностей.
Уран-238 — радиоактивный элемент, который распадается с малой, но постоянной скоростью и превращается в свинец, подобно тому как калий-40 превращается в аргон. Различие состоит в том, что образование аргона из калия — это «тихий» процесс, тогда как распад урана сопровождается выбросом энергии. Хотя сила взрыва невелика, он способен вызвать смещение других атомов в кристалле циркона, и в результате остается малозаметный след. Так по примятой ржи можно определить, что по полю недавно прошел человек. Трещинки, образовавшиеся в кристалле циркона, носят название следов распада. После соответствующей химической обработки они увеличиваются и делаются видимыми под микроскопом.
Уран-238 распадается гораздо медленнее, чем калий-40. Период его полураспада составляет много миллиардов лет. Если содержание урана в цирконе невелико, то при таких темпах в кристалле и за сотни тысяч лет может не произойти ни одного «взрыва».
— Чтобы число следов распада было сколько-нибудь значительным, нужна довольно высокая концентрация урана, — объяснял Уолтер. — Правда, если урана окажется слишком много, то дорожки следов будут пересекаться и мы не сможем их подсчитать. Для наших целей наилучшее соотношение — двести или триста частей урана на миллион частей циркона. Когда концентрация ниже 50 частей на миллион, работать невозможно. Получив образец с нужным содержанием урана и тщательно отполировав поверхности кристаллов, я кладу его под микроскоп и приступаю к подсчету следов. Я просчитываю их примерно в десяти кристаллах. Вы, наверное, сейчас подумали, почему я ограничиваюсь таким малым числом, а не просматриваю 50 или 60 кристаллов. Однако по опыту работы я знаю, что десяти вполне достаточно. Все подсчеты, сделанные сверх этого, лишь укрепят вас во мнении, которое уже сложилось.
Определение возраста по следам распада урана дает менее точные результаты, чем калий-аргоновый метод. Зато для первого метода разрушение (выветривание) образцов не служит помехой, как для второго. Еще важнее, с точки зрения Аронсона, то, что датировка осуществляется совершенно иным способом. Допустим, кто-нибудь оценивает возраст дерева по годичным кольцам, а затем берет серию фотографий из семейного архива и, зная возраст лиц, снятых на фоне того же дерева, косвенным путем еще раз определяет его возраст. Наконец, находится пара стариков, которые будто бы помнят, когда это дерево посадили. Если результаты трех методов согласуются между собой, можно с уверенностью сказать, что возраст дерева удалось установить.
Примерно так же обстоит дело и с методикой Уолтера. Полученные с ее помощью результаты повысили надежность датировок Хадара. Так, древность туфа ВКТ-2 оказалась равной 2,58 млн. лет, т. е. почти совпала с калий-аргоновой датировкой Аронсона — 2,63 млн. лет.
После того как Аронсон и Уолтер завершили свою работу, стратиграфическая колонка Хадара выглядела следующим образом: почти на самом верху слой вулканического пепла древностью примерно в 2,6 млн. лет — возраст подтвержден двумя различными методами; глубже лежит базальтовый слой возрастом в три миллиона лет-установлено с помощью десятка калий-аргоновых тестов, давших сходные результаты. Между ними находилась Люси. Возраст ее, судя по уровню залегания, можно было определить в 2,9 млн. лет.
