Содержание

Введение

Возможно, несколько неделикатно спрашивать нашу матушку Землю, сколько ей лет, однако Наука не признает стыдливости и время от времени пытается дерзко вырвать у Земли секрет, так тщательно ею хранимый.

Артур Холмс

«Неделикатный» вопрос о возрасте планеты, на которой мы живем, вызвал научные дискуссии, длившиеся более 200 лет. Хотя философы и священнослужители древних цивилизаций и развили некоторые представления относительно истории Земли, изучение этой проблемы стало приобретать научный характер лишь после того, как геология выделилась в самостоятельную область знания. До середины XVIII столетия вопросы, связанные с происхождением Земли и ее последующей историей, были предметом богословия. Бишоп Ашшер в 1650 г. объявил, что сотворение Земли произошло в 4004 г. до н. э. Это утверждение появилось в большинстве английских библий в виде сноски на полях и серьезно помешало развитию научного мышления многих геологов того времени, ставших жертвами богословских предрассудков. Примерно до 1750 г. официальная точка зрения состояла в том, что все осадочные породы отложились во время Всемирного потопа (при котором уцелел лишь Ной и его род) и что все другие особенности поверхности Земли есть следствие воздействия периодически происходящих катастрофических событий.

На границе XIX и XX веков естествоиспытателями была открыта радиоактивность. Тогда еще не подозревали о широких возможностях применения этого свойства веществ: о его пользе и вреде, об открытиях, которые будут сделаны, и смертельной опасности для человечества. Великие ученые, такие как супруги Кюри, Анри Беккерель, Эрнест Резерфорд и многие другие, положили свою жизнь на алтарь науки и показали всему миру, что в крохотном атоме скрывается огромная сила. Методики, построенные на основе их знаний, широко используются во всем мире.

Взаимодействие физики, химии и геологии привело к рождению новых теорий и методов, позволяющих узнать прошлое истории Земли и, возможно, предсказать будущее. Ученые двигают континенты, дискутируют о конвекции в мантии и спорят о зарождении галактик, опираясь на изотопные данные, и не задумываются о той работе, что сделали их предшественники. Развитие науки и техники приоткрыло завесу тайны, но сколько непознанного остается еще впереди!

Глава 1. Открытие радиоактивности и зарождение изотопной геологии

Подъем геологии на научный уровень обычно связывают с работой шотландского ученого Джеймса Геттона. Он подчеркивал важность очень медленных, но постоянно действующих процессов, формирующих поверхность Земли. Эта идея противоречила идее катастрофизма и предшествовала концепции униформизма, развитой Геттоном в книге «Теория Земли», опубликованной в 1785 г. Главная идея Геттона состояла в том, что геологические процессы, происходящие сейчас, формировали Землю в прошлом и будут продолжать действовать таким же образом и в последующее время. Геттон утверждал, что не может найти « . ни следов начала, ни признаков конца» существования Земли. История Земли, очевидно, простирается на очень длительный, но не обязательно бесконечный отрезок времени.

Постепенно все больше и больше геологов приходили к концепции униформизма, согласно которой отложение осадочных пород толщиной в несколько километров происходит в течение очень длительных периодов времени. Геология превратилась в научную дисциплину, основанную на изучении процессов, следы протекания которых сохраняют породы, и интерпретирующую эти процессы с точки зрения концепции униформизма. К середине XIX в. геологи сошлись во мнении, что Земля действительно очень древняя планета и что для отложения осадочных пород огромной толщины, по-видимому, требуется чрезвычайно длительный период времени.

Очевидные свидетельства древности Земли и концепция униформизма неожиданно подверглись критике Уильяма Томсона, более известного под именем лорда Кельвина [4]. Во второй половине XIX столетия Томсон считался самым выдающимся физиком Англии. Поэтому его вторжение в геологию в течение 50 лет оказывало значительное влияние на мнение геологов относительно возраста Земли. За период с 1862 по 1899 г. Томсон опубликовал несколько статей, в которых он привел ряд расчетов, по его мнению, налагавших ограничения на возможный возраст Земли. Расчеты Томсона основывались на рассмотрении светимости Солнца, процессов охлаждения Земли и влияния лунных приливов на скорость вращения Земли. Вначале Томсон сделал вывод, что возраст Земли не может быть более 100 млн. лет [20]. В последующих статьях приводятся еще меньшие значения возраста. В 1897 г. лорд Кельвин (в 1892 г. возведенный в звание пэра) прочитал свою знаменитую лекцию «Возраст Земли как колыбели жизни», в которой он уменьшил возможный возраст Земли до 20-40 млн. лет [21].

Эти, а также более ранние расчеты возраста Земли, приведенные лордом Кельвином и другими исследователями, создали геологам серьезные затруднения. Доводы лорда Кельвина казались тогда неопровержимыми и несовместимыми с интерпретациями, основанными на концепции униформизма. Это привело к тщетным попыткам некоторых геологов сжать историю Земли до нескольких десятков миллионов лет-предела, допускаемого лордом Кельвином. Попытки заключались в создании моделей, согласно которым в прошлом геологические процессы происходили с большей скоростью. Другие исследователи продолжали надеяться, что в конце концов в доводах лорда Кельвина обнаружится какая-либо ошибка и в конечном счете геологические данные не будут противоречить законам физики.

В 1896 г. французский ученый Анри Беккерель объявил об открытии радиоактивности. Однако только через несколько лет удалось определить, что распад радиоактивных элементов - процесс экзотермический, т.е. естественная радиоактивность пород является источником тепла [22].