Вопрос о возрасте Земли — один из тех, ответ на который определяет мировоззрение. Именно поэтому он тысячелетиями волнует людей, а каждая попытка применить новый способ для получения ответа вызывает активное сопротивление консервативной части общества. Мы решили рассказать о том, как менялись эти представления — кто, когда и какими методами пытался высчитать возраст Земли. Сегодня мы предлагаем вам первую часть этого материала.
И до нашей эры, и в эпоху Средневековья не прекращались попытки каким-либо образом вычислить или измерить возраст Земли. Исходные посылки, на которых они основывались, зависели от господствовавших воззрений. Геродот опирался на скорость расширения дельты Нила, а христианские епископы ссылались на Библию. Так, эрудит, знаток семитских языков, архиепископ графства Арма в Северной Ирландии Джеймс Ашер во второй половине XVII века тщательно изучил генеалогии, календари и даты солнечных и лунных затмений и вычислил, что Земля была сотворена в девять часов утра 26 октября 4004 года до нашей эры. До Ашера были и многие другие, аналогичные по сути, но не столь точные расчеты.
Исследователям, которые обращали внимание на чрезвычайно медленные, по человеческим меркам, скорости протекания геологических процессов, и в первую очередь процессов осадконакопления, было тесно в рамках библейских шести тысяч лет. Попытки рассчитать возраст Земли на научной основе начались в XVII веке с «наведения порядка» в горных породах и слоях. Принципы, по которым этот порядок создавался, заложили основы и современной науки о слоях — стратиграфии — и методов определения относительного возраста геологических объектов.
Сложите по порядку
Уроженец Дании Нильс Стенсон, более известный под именем Николай Стено, во второй половине XVII века сформулировал закон, согласно которому последовательность залегания слоев отражает порядок их формирования: то, что лежит выше, образовалось после того, как образовалось то, что лежит ниже. Важное дополнение: этот закон верен, если мы имеем дело с так называемым ненарушенным залеганием, то есть с ситуацией, когда с момента своего формирования геологические тела не смещались под действием каких-либо сил. А это условие соблюдается далеко не всегда.
Для иллюстрации этого закона и ограничений, накладываемых на его использование, часто рекомендуют представить себе слоеный торт. Если он только что вышел из-под руки кондитера, то нам легко понять, в какой последовательности были изготовлены и уложены коржи и прослойки. И если мы знаем время, необходимое для приготовления каждого элемента, то можем определить, сколько времени заняло изготовление всего торта. Но если торт не добрался до праздничного стола, а был уронен нерадивым курьером где-нибудь на оживленном перекрестке, где по нему проехали машины и прошли десятки людей, то восстановить изначальное количество слоев и их последовательность уже совсем нелегко. Этот пример позволяет понять, какой сложности задачи зачастую приходится решать специалистам-стратиграфам.
Но представьте себе, насколько легче станет задача по реконструкции «пострадавшего» торта, если вы будете знать, что кондитер в каждый слой добавил определенную начинку и ни одну начинку не использовал дважды. По мнению жившего в XIX веке швейцарца Аманса Гресли, именно так действовала природа. Геологические слои промаркированы наличием в них остатков определенных живых организмов, и, сопоставляя эти остатки, можно выделить одновозрастные слои. Подход, предложенный Гресли, лег в основу биостратиграфического метода определения возраста горных пород. Для этого метода неважно, сколько раз слой был сдвинут, изогнут или перевернут, лишь бы органические остатки, первоначально содержавшиеся в этом слое, остались в состоянии, позволяющем их идентифицировать.
Но органические остатки могут сослужить геологам и еще одну службу. Английский землемер-самоучка, а позже горный инженер Уильям Смит еще раньше Гресли заметил, что в одних и тех же слоях обнаруживаются остатки одних и тех же организмов, и догадался, что по этому признаку слои можно прослеживать на больших расстояниях. Это наблюдение позволило составлять геологические карты, причем первая такая карта Англии была составлена самим Смитом, который исходил всю страну пешком и сумел, по оценке Чарльза Лайеля, «привести в стройную систему весь сложный ряд британских горных пород». Благодаря работе Смита стало известно общее количество слоев, формирующих наблюдаемую часть острова Британия, и можно было попытаться подсчитать, сколько же лет могло потребоваться для их отложения.
Но чтобы произвести такой подсчет, пришлось сформулировать еще один тезис, известный сегодня как принцип актуализма. Сделал это упомянутый английский естествоиспытатель Лайель, за что и вошел в историю как основоположник современной геологии. Принцип актуализма постулирует, что если в настоящее время какое-то явление имеет определенное следствие, то и раньше при таких же условиях это явление вызывало такое же следствие. Например, сегодня прямыми измерениями установлено, что скорость накопления осадков в заливаемых поймах рек Тигр и Евфрат составляет 0,1 сантиметра в год. Поскольку скорость осаждения взвешенных частиц из потока воды определяется законами гидродинамики, то нам следует считать, что и на заре истории Земли в аналогичных поймах скорость осаждения составляла те же 0,1 сантиметра в год.
После того как был сформулирован принцип актуализма, геологи оказались оснащены достаточным аппаратом для того, чтобы оценить, сколько же времени затратила природа на формирование тех слоев, которые мы наблюдаем. Эту оценку произвел сам Чарльз Лайель. Полученное им значение в сотни миллионов лет выглядело ошеломляюще большим по сравнению с шестью тысячами лет, упомянутыми в Библии.
Однако Лайель был не первым ученым, существенно раздвинувшим, по сравнению с библейскими рамками, временные границы существования Земли. Французский геолог и дипломат Бенуа де Майе, обнаружив, что в слоях, слагающих вершины гор, обнаруживаются остатки морских организмов, предположил, что изначально вся Земля была покрыта морем. В его распоряжении были наблюдения о скорости отступления моря в некоторых портах, в том числе Акре, Карфагене и Александрии. Опираясь на эту скорость (около 8 сантиметров в год) и на высоту гор, де Майе рассчитал время, необходимое на осушение Земли до ее современного состояния, и получил значение около 2,4 миллиарда лет. И хотя мы знаем сегодня, что исходные посылки де Майе были неверны, а попадание в правильный, с позиций современной науки, порядок значений возраста Земли объясняется случайностью, его результат имел большое психологическое значение. К большим цифрам необходимо привыкнуть.
Закон Стено, закон Гексли и принцип актуализма — вот три кита современных стратиграфии и относительной геохронологии. На этих фундаментальных принципах основаны практически все современные методы и приемы составления геологических карт, реконструкции последовательности формирования горных пород в том или ином месте и сопоставления этой последовательности для разных мест и даже для разных континентов. Совместными усилиями была реконструирована общая для всей Земли последовательность накопления слоев и установлена характерная (геологи и палеонтологи говорят «руководящая») фауна, та самая «начинка» из органических остатков, которая уникальна для слоев, сформировавшихся в определенные периоды истории Земли, и более уже никогда не повторившаяся. (Подробнее про биостратиграфический метод рассказано в первой части нашей статьи «Человек приходит как хозяин»).
По информации http://nauchkor.ru/media/geologicheskiy-tort-596526a55f1be76a3064ab31
Обозрение "Terra & Comp".
