Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога - [17]
Артур Холмс, который к концу 1940-х гг. стал профессором геологии в Эдинбургском университете и переключил свое внимание на другие важные проблемы геологии (такие как движущие силы, стоящие за образованием гор), продолжал тем не менее пристально следить за работой Нира по определению возраста Земли. Его особенно заинтересовал один из изученных Ниром специфических образцов — галенит из очень древней толщи пород в Гренландии, имевший крайне низкие концентрации урана и низкие отношения изотопов свинца. Холмс, который отличался склонностью к широким умозаключениям и оценочным расчетам, оказался готов, в отличие от щепетильного Нира, сделать предположение, что соотношения свинцовых изотопов в этом гренландском галените могут быть очень близки к их изначальным соотношениям в недифференцированном веществе Земли. С теоретической точки зрения определить возраст Земли на основе этих данных представлялось несложным: нужно было всего лишь рассчитать, сколько понадобилось бы времени, чтобы изотопные отношения изменились с этого изначального стартового уровня до значений, обнаруживаемых в более молодых залежах галенита. Но на практике вычисления оказались настолько сложными, что Холмсу пришлось приобрести механическую счетную машину. Спустя месяцы трудоемких расчетов Холмс опубликовал свою оценку минимального возраста Земли: 3,35 млрд лет[15]. Наконец-то геологи могли успокоиться: у земной истории было изобилие времени.
Но эта временна́я оценка породила новый конфликт — на этот раз с астрофизиками. Согласно теории Большого взрыва и расширения Вселенной, получившей признание в научном сообществе с конца 1920-х гг. благодаря наблюдениям Эдвина Хаббла за красным смещением галактик, возраст Вселенной можно определить поразительно просто — почти элементарно по сравнению с выполненными Холмсом расчетами возраста Земли на основе изотопов свинца. Для этого требовалось построить график зависимости между скоростью (расстояние/время) удаления галактик и звезд от Земли и расстоянием до этих объектов. Наклон этой линии называется постоянная Хаббла, и величина, обратная этой постоянной, отражает время, прошедшее с начала расширения, т. е. возраст Вселенной. В 1946 г., когда Холмс объявил, что возраст Земли должен быть более 3 млрд лет, возраст Вселенной, по оценкам астрофизиков, составлял только 1,8 млрд лет[16].
Геохимики перехватывают инициативу
Это смущающее расхождение между геологическим и астрономическим временем оставалось неразрешенным почти целое десятилетие, пока астрофизики не уточнили свои оценки космологических расстояний и не открыли еще более удаленные галактики, что позволило им уменьшить общепринятое значение постоянной Хаббла и существенно увеличить возраст Вселенной. Между тем в 1948 г. талантливый аспирант Чикагского университета Клэр Паттерсон решил применить новый оригинальный подход к определению возраста Земли. К тому времени стало очевидно, что на Земле не сохранились первозданные породы, которые отражали бы изначальное состояние земной коры. Артур Холмс использовал соотношение свинцовых изотопов в древнем гренландском галените как лучшее из доступных приближений к изначальным значениям, но Паттерсон нашел более надежный источник информации — внеземные породы, т. е. метеориты.
Метеориты представляют собой протопланетный строительный материал и остатки разрушенных планет, которые некогда сформировались одновременно с Землей и остальной частью Солнечной системы. В отличие от земных пород, которые находятся в процессе постоянного изменения и перерождения в результате выветривания, эрозии, метаморфизма и плавления, большинство метеоритов не претерпели никаких трансформаций в космическом вакууме с момента образования Солнца и планет. Под их тонкой оболочкой, приобретенной в результате прохода через атмосферу или пребывания на поверхности Земли, скрывается нетронутый материал, несущий отпечаток самых ранних дней Солнечной системы.
Паттерсон предположил, что железные метеориты, содержащие свинец, но практически не содержащие уран, отражают первичный состав изотопов свинца, присутствовавший в зарождающейся Солнечной системе. А каменные метеориты, содержащие свинец и уран, позволяют более точно, чем любая земная порода, расcчитать среднее содержание этих элементов в современной земной коре (напоминающей хорошо перемешанный молочный коктейль). Подход Паттерсона состоял в том, чтобы измерить первичное и современное соотношения изотопов свинца, представленные в этих двух видах метеоритов, а затем повторить расчеты Холмса (рис. 5).
И снова в теории идея казалась простой, но на практике потребовала титанических усилий. Паттерсону понадобилось почти восемь лет, чтобы только собрать и проанализировать образцы метеоритов. Он столкнулся с неожиданными сложностями: ему никак не удавалось получить в достаточной степени согласующиеся результаты измерений изотопов свинца в дублирующих пробах, чтобы провести заслуживающие доверия расчеты. Тщательно изучив свой метод анализа на предмет возможных ошибок, он в конце концов понял причину проблемы: оказалось, что образцы метеоритов уже до проведения анализов загрязнялись свинцом, в больших количествах присутствующим в окружающей среде — в воздухе, на рабочих поверхностях и приборах, на одежде и коже исследователей. За эти восемь лет, работая в Калифорнийском технологическом институте и в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе, Паттерсон создал первую в мире «стерильную лабораторию» со сложной системой очистки воздуха и вентиляции (сегодня такие лаборатории являются неотъемлемым атрибутом многих научных и медицинских исследовательских учреждений). В 1956 г. он наконец-то получил цифру, которая по сей день остается общепризнанным возрастом Земли: 4,55 млрд ±70 млн лет
