Лев Голосницкий - Путешествие в прошлое
«…Напрасно многие думают, что все, как видим, сначала творцем создано; будто не токмо горы, долы и воды, но и разные роды минералов произошли вместе со всем светом; и потому-де не надобно исследовать причин, для чего они внутренними свойствами и положением мест разнятся. Таковые рассуждения весьма вредны приращению всех наук, следовательно и натуральному знанию шара земного, а особливо искусству рудного дела, хотя оным умникам и легко быть философами, выучась наизусть три слова: бог так сотворил, и сие дая в ответ вместо всех причин».
В этих словах ярко выражена мысль о необходимости изучать природу, практически использовать научные знания для развития промышленности. Зорким взглядом учёного-материалиста М. В. Ломоносов предвидел в будущем расцвет науки, бурное развитие техники. Он оказался прав. С каждым десятилетием все больше развивались наука, техника» промышленность. И по мере их развития знание прошлой истории Земли становилось необходимостью.
Людям все больше требовалось металла, угля, нефти. Приходилось искать всё новые их месторождения.
Это было трудным делом, Перед исследователями земных недр вставало много вопросов. Как залегают пласты горных пород? Как расположены в них руды? Какие геологические процессы создавали в прошлом месторождения полезных ископаемых? Чтобы успешно вести их поиски, геолог должен ясно представлять себе последовательность образования горных пород, знать, когда образовались те или иные породы. Например, было время, когда на Земле жизнь только ещё начинала развиваться, растительный и животный мир был ещё очень скудным. Поэтому в древнейших горных породах не может быть залежей каменного угля или нефти, образовавшихся из растительных и животных остатков. Эти ископаемые нужно искать в пластах земной коры, сложившихся в более позднее время. Перед астрономами, изучающими небесные светила, также встал вопрос о возрасте минералов, из которых состоит земной шар: сложная проблема происхождения Земли и других планет солнечной системы неразрывно связана с проблемой определения возраста Земли. Наука всегда развивалась и развивается в непримиримой борьбе с религиозными суевериями. Геологические исследования с очевидностью говорили, что библейский рассказ о сотворении Земли богом несколько тысячелетий назад является выдумкой невежественных людей. Было ясно, что пласты осадочных пород, достигающие часто толщины в несколько километров, могли образоваться лишь в течение огромных промежутков времени, охватывающих десятки и сотни миллионов лет. Многие учёные стали искать способ определять абсолютный (в годах) возраст горных пород и Земли в целом.
Более двухсот лет назад астроном Галлей высказал такую мысль: можно попытаться определить возраст Земли, исходя из степени солености океана. В настоящее время вода в океане горько-соленая, так как в ней растворено большое количество различных солей. Откуда взялись эти соли? Они вымывались текучими водами из горных пород и сносились в моря и океаны вместе с песком, глиной и другими осадками. Если знать, какое количество солей приносят ежегодно в океан все реки мира, можно определить время, в течение которого шло накопление их в океане. Тем самым мы узнаем возраст океанов. Сама Земля будет, конечно, ещё старше. Учёные произвели соответствующие подсчеты. Они определили общее количество натрия, содержащегося в морях и океанах, в 14 130 миллиардов тонн. Затем подсчитали, что все реки мира сносят в моря ежегодно около 158 тысяч тони этого металла. Разделив 14 130 миллиардов на 158 тысяч, они получили 89 миллионов лет.
В дальнейшем учёные неоднократно уточняли этот подсчет, вводя различные поправки. С уточненными данными возраст океанов исчислялся от 100 до 350 миллионов лет. Получить более точную цифру оказалось невозможным. Во-первых, океанские воды уже со времени своего возникновения могли содержать какое-то нам неизвестное количество растворенных солей. Во-вторых, соли океана могли пополняться не только за счёт сноса рек, но и выделяться из недр земли во время подводных вулканических извержений. В-третьих, скорость выноса солей реками в древние времена могла быть иной, чем сейчас.
Таким образом, с помощью «солевого» метода оказалось невозможным определить более или менее точно возраст Земли. Но этот метод сыграл большую роль в борьбе науки с религией: он с очевидностью показал, что возраст Земли действительно исчисляется не тысячами лет, а сотнями миллионов лет. Некоторые учёные попытались определить возраст Земли по толщине пластов осадочных морских пород. Для образования на дне моря слоя осадков в 1 метр толщиной требуется от трех до десяти тысяч лет. Сколько же времени потребовалось для образования мощной осадочной оболочки Земли? Подсчеты показали: от 300 до 1000 миллионов лет. Получить же более точную цифру не удалось и в этом случае, так как мы не знаем, всегда ли намыв осадков шел с одинаковой скоростью. Стало ясным, что надежно определить возраст минералов и Земли в целом удастся лишь в том случае, если будет открыт какой-то природный процесс, идущий с определенной скоростью в течение очень больших промежутков времени — порядка сотен миллионов лет. Такой природный процесс действительно существует В природе. Учёные открыли его, изучая свойства радиоактивного элемента урана. Если у радия мы легко обнаруживаем его необычайные свойства — выделение тепла, свечение в темноте, — то уран внешне ничем не привлекает нашего внимания. Металл как металл, только очень тяжелый. На полках химических лабораторий он в течение многих лет занимал очень скромное место, а в промышленности применялся только для получения дешевых желтых и бурых красок. Его свойство испускать лучи, не видимые глазом, но действующие на фотографическую пластинку, было случайно обнаружено французским учёным Анри Беккерелем.
Ничем не примечательный внешний вид урана легко объясним: процесс радиоактивного распада происходит в нем чрезвычайно медленно — в миллионы раз медленнее, чем у радия.
В чём же заключается этот процесс?
Ядра атомов урана, имеющие очень сложное строение, обладают способностью как бы самопроизвольно взрываться. При этом из них с огромной скоростью, в 20–25 тысяч километров в секунду, выбрасываются ядра другого элемента — лёгкого газа гелия, а также мельчайшие частицы электричества — электроны. Кроме того, испускается невидимое излучение, подобное рентгеновским лучам. Оно получило название гамма-лучей.
В любом количестве урана число атомов, взрывающихся каждое данное мгновение, сравнительно очень невелико. Поэтому так медленно и незаметно идет в нем процесс радиоактивного распада. В образовавшихся осколках продолжают действовать внутренние силы: они испытывают ряд новых радиоактивных распадов. Одним из продуктов длинной цепи их превращений и является светящееся вещество — радий. Весь процесс длится чрезвычайно долго — тысячи миллионов лет — и заканчивается образованием устойчивого элемента — свинца. Газ гелий, которым наполняли дирижабли, и всем известный мягкий металл свинец — таковы конечные продукты радиоактивного распада урана.
Никакие природные внешние условия не в состоянии ускорить или замедлить процесс распада урана. Находится ли уран в холодном камне горной вершины или в жидкой лаве вулкана, — скорость его распада не изменяется. Учёные подсчитали, что через каждые 100 миллионов лет от килограмма урана остается только 985 граммов, и, кроме того, образуется 13 граммов свинца и 2 грамма гелия.
И нам сразу становится ясным, какими замечательными природными «часами» может служить уран.
Мы приносим в лабораторию кусок горной породы, содержащей уран, и с помощью точного химического анализа определяем, сколько в нем имеется урана и сколько уранового свинца.
Затем подсчитываем, сколько времени потребовалось для того, чтобы накопилось такое количество свинца, то есть мы узнаем абсолютный возраст горной породы в миллионах лет. Некоторые горные породы способны удерживать в себе без потерь газ гелий. Хорошо удерживает его, например, мелкозернистый базальт. Возраст такой породы можно подсчитать, зная количество накопившегося в ней гелия.
Геологическими часами могут служить и другие медленно распадающиеся радиоактивные элементы — например, радиоактивный калий. Период полураспада этого элемента длится 1 миллиард 310 миллионов лет. Конечным продуктом его распада является газ аргон, который хорошо удерживается в кристаллических горных породах. С помощью «свинцового», «гелиевого» и «аргонового» методов учёными был определен абсолютный возраст многих горных пород земного шара.
Оказалось, что возраст наиболее древних горных пород в Скандинавии составляет 1700 миллионов лет, в Индии — 1850 миллионов лет, в Южной Африке — от 2000 до 2600 миллионов лет, а возраст Земли в целом наука определяет не менее чем в 4–5 миллиардов лет.
