Який вік Землі і як його визначали

Наші уявлення про час змінюються з часом. Останній переворот в цих уявленнях стався на початку минулого століття. Був проголошений принцип єдності простору-часу (в рамках теорії відносності Ейнштейна). Подібні перевороти змушують начебто визнати відносність самих поглядів про сутність часу і підозрювати, що через деякий термін вони можуть знову змінитися.

Крім загальних міркувань про час є й інший аспект проблеми – прикладний, пов’язаний з технікою вимірювання інтервалів часу, з визначенням дат різних подій в історії людства, Землі, Всесвіту. Особлива область знання – геохронологія – покликана проводити хронометраж геологічної історії нашої планети. Але обчислення часу – не тільки технічна операція. Дані геохронології накладають певний відбиток на розуміння закономірностей життя Землі і Всесвіту.

Так ось, все більш точні методи дають все більшу величину віку Землі. Триста років тому близький друг І. Ньютона Е. Галлей спробував оцінити вік Землі за швидкістю засолонення Світового океану. Вміст солі в океані він розділив на кількість солі, яка щорічно виноситься в океан річками, і отримав величезну на ті часи цифру: десять тисяч років (згадаємо, що від створення світу тоді налічувалося — богословами — не більше 5-7 з невеликим тисяч років).

Підрахунки Е. Галлея були, м’яко висловлюючись, не дуже точні, а результат їх — дуже близький до канонічної дати створення світу. Але тут важливий принцип, метод. Перехід від загальних міркувань і тлумачень Святого Письма до узагальнень, фактів і розрахунків став першим кроком на шляху до сучасних досягнень геохронології.

Через півстоліття французький натураліст Ж. Бюффон уточнив дані Е. Галлея за допомогою іншого методу: зіставляючи швидкість охолодження кам’яних куль в експериментах з передбачуваною швидкістю охолодження земної кулі, що колись знаходилася — за гіпотезою Бюффона — в розпеченому стані. Вийшла нова цифра: сімдесят п’ять тисяч років.

У період становлення класичної геології – в першій половині XIX століття – вчені воліли не давати точних датувань. Однак у Чарльза Лайєля зустрічається згадка про багато мільйонів років геологічної історії. В середині XIX століття фізик лорд Кельвін (У. Томсон) заново обчислив час охолодження Землі і отримав кілька цифр — від 20 до 400 мільйонів років. Перевагу він віддав все-таки найменшій! В самому кінці століття Д. Джолі перерахував, слідуючи за Галеєм, швидкість збагачення Світового океану натрієм і назвав цифру в 90 мільйонів років. Приблизно так само оцінив вік Землі астроном Д. Дарвін – 100 мільйонів років (виходячи з припущення, що Земля і Місяць колись становили одне небесне тіло, і обчисливши, за який термін під дією приливних сил, викликаних тяжінням Місяця, наша планета стала обертатися з сучасною швидкістю). Гарний збіг двох незалежних наукових розрахунків!

Однак на цьому «постаріння» нашої планети далеко не закінчилося. Д. Джолі засумнівався у своїх висновках, підрахував заново швидкість виносу натрію і хлору з порід і обгрунтував нові цифри: 210-340 мільйонів років. А геофізик Джефріс, уточнивши розрахунки Д. Дарвіна, отримав дату – кілька мільярдів років.

Воістину революційним став метод підрахунку віку гірських порід за вмістом в них продуктів радіоактивного розпаду. За допомогою цього методу в середині минулого століття була отримана для найдавніших порід нова дата народження – 2,5 мільярда років; а пізніше деякі дослідники отримали куди більш значні цифри.

Суть методу проста. При радіоактивному розпаді накопичуються стійкі продукти розпаду. Наприклад, уран-238 перетворюється в свинець-206 з утворенням інертного газу гелію. Чим довше йде процес, тим менше залишається урану і більше з’являється свинцю і гелію.

Швидкості розпаду радіоактивних елементів точно обчислені. Кількість продуктів розпаду можна визначити. А далі, майже як в задачці, де по швидкості і пройденому шляху обчислюється час руху, неважко розрахувати тривалість життя («старіння») радіоактивного мінералу. Початкова точка відліку – той момент, коли розплавлена (розпорошена, розріджена) гірська порода твердне і наявні в ній радіоактивні частинки виявляються наглухо замурованими в кам’яній схованці і можуть тепер тут накопичуватися продукти розпаду.

«Радіоактивний годинник» – прекрасний подарунок фізиків геологам. Швидкість радіоактивного розпаду не змінюється від зовнішніх впливів і підпорядковується досить простій закономірності. Залишається відбирати зразки і кваліфіковано проводити аналізи.

Треба тільки врахувати дві істотні обставини. Перша: як не міцна кам’яна темниця гірської породи, проте за багато мільйонів років з неї просочуються «на волю» по мікроскопічних тріщинах продукти розпаду. Друга: час відзначається тільки з того моменту, коли сформувалася гірська порода, а скільки пройшло до тієї пори, за радіоактивним годинником не визначиш…

Скільки ж років Землі за даними сучасної науки! Зазвичай відповідають: 4,6 мільярда років. У кращому випадку додають: приблизно. Наскільки обґрунтована ця дата! Чи можна вважати її остаточною, абсолютною?

Уявімо, що ми визначаємо вік людини по окремих клітинах її організму. Що ми отримаємо! Серію різноманітних цифр. Звичайно, мінімальні значення ми не станемо брати до уваги (клітина могла тільки що виникнути або в неї тільки-тільки потрапила відповідна речовина, що служить нам годинником).

І ось, орієнтуючись на максимальні з отриманих датувань і припускаючи побачити немовля, ми зіткнемося віч-на-віч зі старцем! Підвів метод аналізу або розбіжність техніки? Ні – власна помилка! Ми не врахували, що в живому організмі всі клітини постійно оновлюються. Людина значно старіше будь-якої з клітин, що складають її організм.

Чи не відбувається чогось в цьому роді і тоді, коли за віком найбільш древніх порід судять про вік всієї планети!

Будь-яка гірська порода – продукт багаторазових перетворень речовини земної кори, охолодження магми, перевідкладення продуктів розпаду, метаморфізації, розплавлення і т. д. Навіть найдавніша з порід (за даними радіохронології) могла мати дуже довгу і складну історію, перш ніж в неї потрапив радіоактивний мінерал, що служить нам сьогодні годинником. Чи можна по цій «клітинці» земної кори судити про вік всього «організму» всієї планети.

І, якщо земна кора містить безліч найрізноманітніших годинників, яка гарантія, що ми вибрали серед них найдавніші!

Є ще один метод визначення віку Землі. Якщо припустити, що наша планета з’явилася не раніше, ніж Сонце, то за відповіддю слід звернутися до світила.

Можливий ще один підхід до визначення максимально можливого віку Землі. На думку академіка В. І. Вернадського, радіоактивні абсолютно всі елементи, а не тільки ті, у яких ми вміємо радіоактивність спостерігати. «Діапазон буття атомів, – писав В. І. Вернадський,— таким чином, величезний: стобільйонні або мільйонні частки секунди, з одного боку,— десятки білліонів, а може бути, більше квінтильонів років, з іншого. Насправді велика цифра ймовірніша, бо науково знайдена верхня межа мінімальна і далека від кінця».

Цю гіпотезу Вернадського ніяк не можна назвати визнаною. За сучасними уявленнями є стабільні атомні ядра і елементарні частинки, наприклад нейтрино, електрон, протон. Теоретично вони можуть існувати невизначено довгий час.

Втім, нас-то цікавить вік величного створення природи – світобудови, а не крихітних її цеглинок — атомів і частинок. Точніше, вік таких «деталей» світобудови, як планети типу Землі. Не виключений, зокрема, варіант, що планети древніше свого світила. Адже в мікросвіті, наприклад, у всіх атомів, що виникли в результаті радіоактивного розпаду, електрони неминуче старше ядер.

Звичайно, порівняння – не доказ. Так, мабуть, і не обійтися без будь-яких умовностей. Скажімо, слід припустити, що Земля не старіше Сонця або більшості зірок.

Визначення віку зводиться перш за все до вибору відповідних годинників. У випадку з земною корою радіоактивний годинник відзначає інтервал, що минув з моменту консолідації мінералу. А що було раніше, скільки років пройшло від народження Землі до цієї події! Для відповіді потрібно шукати більш надійні, довгоживучі сховища часу. Потрібні годинники, які старші за Землю. Включені, так би мовити, ще до її народження. А дату і обставини народження Землі таїть в собі космос.

Далі буде.

Автор: Р. Баландін.