Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

В сентябре 1991 года, путешествуя в Альпах недалеко от итало-австрийской границы, двое немецких туристов наткнулись на человеческий торс, заметный под кромкой отступающего ледника. Решив, что это, должно быть, давно пропавший без вести турист, они уведомили власти. В каком-то смысле они были правы, но когда тело достали и установили его возраст при помощи радиоуглеродного датирования, выяснилось, что прогулка, во время которой погиб Этци – такое имя получил «найденыш», – состоялась 5200 ± 70 лет назад²⁶. Подробный анализ этого частично мумифицированного тела позволил совершить захватывающие открытия, связанные с одеждой, орудиями и диетой европейцев медного века. Однако к нашему разговору об изотопах имеет отношение та удивительная точность, с которой мы можем определить место рождения Этци и его последующих странствий.

Во введении к этой главе мы уже отмечали, что самые долговечные атомы в организме человека находятся в зубной эмали. Слои этого твердого вещества, называемого апатитом, состоят из кристаллического фосфата кальция (в первую очередь Ca₅(PO₄)₃(OH). Они откладываются по мере роста постоянного зуба, начиная с рождения и примерно до пятилетнего возраста.

В Периодической таблице химических элементов непосредственно под Кальцием находится Стронций, поэтому их свойства, о чем мы говорили в главе 4, достаточно схожи, и Стронций легко приходит на смену Кальцию в кристаллах апатита. В отличие от зубной эмали, время обновления атомов в человеческих костях составляет десять или двадцать лет. Таким образом, эмаль свидетельствует о том, где человек родился, а кости – о том, где он провел пару последних десятилетий взрослой жизни. Например, Этци на момент смерти было примерно сорок пять лет.

Вольфганг Мюллер и его коллеги исследовали четыре геологические провинции в северо-восточной Италии и охарактеризовали их по соотношению изотопов Стронция и Свинца – ⁸⁷

Sr/⁸⁶Sr и ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb соответственно. Местные растения поглощают эти почвенные минералы, а когда кто-то поедает растения, минералы становятся частью его зубов, что дает нам возможность судить о месте рождения Этци. Анализ эмали его клыков (с соотношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, равным 0,7215) позволил исключить две геологические провинции.

Затем исследователи изучили соотношение ¹⁸

O/¹⁶O в зубной эмали. Из дождевых туч первой выпадает более тяжелая вода, содержащая ¹⁸O, из-за чего соотношение изотопов Кислорода уменьшается по мере удаления от источника испарения (в данном случае от Средиземного моря). Эмаль показала, что в детстве, когда ему было от трех до пяти лет, Этци пил воду с соотношением –1,1 % по сравнению со стандартным значением. Это исключает южные геологические провинции (ближайшие к океану), где эти значения намного больше, а значит, Этци родился в окрестностях долины Эйсак, примерно в 25 км к северу от современного Больцано.

Анализ бедренных костей Этци показывает, что содержание в них Стронция ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr значительно отличается от его зубов: ⁸⁷Sr/⁸⁶

Sr = 0,7177. Кроме того, в небольших кусочках слюды, обнаруженных в его желудке – предполагают, что они находились там вместе с недавно съеденным молотым зерном, – наблюдается соотношение Аргона ⁴⁰Ar/³⁹Ar. Это позволяет предположить, что от места своего рождения он перебрался примерно на 25 км к западу, в края, недалеко от которых в наши дни находится Мерано, а свой последний приют нашел в 25 километрах к северо-западу от современной австрийской границы. Так по мельчайшим атомам можно рассказать историю Этци по прошествии пяти тысячелетий с момента его смерти²⁷.

Изотопные соотношения одинаково хорошо применимы не только к людям, но и к другим существам, благодаря чему нам открыты и их жизненные истории. Недавно М. Вуллер и его коллеги²⁸ воссоздали жизнь шерстистого мамонта, обитавшего на Аляске 17 100 лет назад, еще до того, как первые люди добрались до Северной Америки. Соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶

Sr, ¹⁸O/¹⁶O, ¹⁵N/¹⁴N и ¹³C/¹²C, зафиксированные на 2,5-метровом бивне, позволили исследователям выстроить картину мест, в которых находился мамонт на протяжении всех двадцати восьми лет его жизни, с недельными интервалами. Соотношение Стронция и Кислорода в бивне было таким же, как и в растениях, служивших мамонту пищей, что, в свою очередь, отражало характер местной природы.