Взламывая планету Земля

Уолкотт не справился с масштабом задачи и смог провести анализ окаменелостей только в 1960-е годы. До этого они пылились без дела в Смитсоновском институте. Уолкотт сделал вывод, что почти каждый филюм (или подцарство) животных, населяющих планету, представлен в окаменелостях. Это касается членистоногих, насекомых и пауков, разнообразных видов червей, медуз и даже крошечных рыбоподобных существ. Ископаемые находки говорят о том, что событие, называемое кембрийским взрывом, за несколько миллионов лет привело от отсутствия видимой жизни к буйному многообразию видов.

Радиометрическое датирование

В самом начале XX века открытия в области радиоактивности дали возможность определять возраст горных пород по их атомам. Что сможет рассказать о возрасте Земли эта новая технология?

Радиоуглеродный анализ

Космические лучи, сталкиваясь с азотом в верхних слоях атмосферы, образуют радиоактивный изотоп углерода – углерод-14. Все живые существа содержат в себе небольшое количество углерода-14, пополняемое в течение жизни. Когда организм умирает, углерод-14 начинает распадаться. По любым остаткам живых существ – волосам, костям, древесине, хлопку – можно определить возраст, исходя из содержащегося в них количества углерода-14. Метод работает для любых артефактов и останков, но не старше 50 000 лет, как, например, эта 400-летняя китайская статуя из дерева.

В начале 1900-х годов два физика, Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди, доказали, что радиоактивность – это процесс распада нестабильных атомов, высвобождение энергии и материала и образование новых элементов. (Элемент – это вещество с определенной структурой атомов. Радиоактивность меняет эту структуру, поэтому один элемент преобразуется в другой.) Резерфорд и Содди доказали невозможность предсказать радиоактивный распад отдельных атомов. Однако они придерживались схемы полураспада, что означает, что время, необходимое для распада половины радиоактивного материала, – величина постоянная. Сегодня мы знаем о крайне нестабильных радиоактивных веществах, период полураспада которых составляет миллионные доли секунды, хотя в породах чаще встречаются торий и уран, у которых период полураспада измеряется миллионами лет. Если вы знаете первичное количество этих металлов – сколько их было при формировании породы, – тогда по их количеству в текущий момент можно будет узнать возраст этой породы.

Артур Холмс доказал, что в более древних породах радиоактивного материала меньше.

На практике

Некоторые исследователи пытались измерить радиоактивный распад по количеству присутствующих альфа-частиц – небольших заряженных частиц, отделяющихся от атомов при распаде. Однако проще воспользоваться цепочкой распада. Например, радиоактивный уран, прежде чем достичь стабильной формы свинца, распадается на несколько крайне нестабильных атомов и дочерние продукты, такие как радон, радий и полоний. Американский химик Бертран Болтвуд был первым, кто применил этот подход. Он сравнил соотношение урана и свинца в горных породах, чтобы определить их возраст, и предположил, что некоторым из них 500 млн лет. В 1911 году британский исследователь Артур Холмс обнаружил породы возрастом 1,6 млрд лет. В 1927 году он откорректировал эту цифру до 3 млрд лет. В 1950-е годы понимание цепочек радиоактивного распада привело к тому, что ученые смогли определить возраст метеоритов – 4,55 млрд лет: это возраст Земли и Солнечной системы.

Минералы циркона – старейшие на Земле. Некоторым кристаллам больше 4 млрд лет.

Дрейф материков

Когда первые точные карты мира стали широко доступны, многие люди заметили одну и ту же вещь – части суши идеально подходили друг другу, как кусочки паззла. Это наблюдение привело к великому предположению.

Первые карты мира, на которых материки приобрели максимально точные для того времени очертания, появились в конце XVI века. Многие детали на картах все еще основывались на домыслах и заблуждениях – особенно в Арктическом и Антарктическом регионах и на восточном побережье Тихого океана, территории, слабо исследованной европейцами. Однако Атлантический океан и его побережья были хорошо изучены. С момента создания первого атласа Авраамом Ортелием люди стали задаваться вопросом, почему Атлантическое побережье Южной Америки и Африка так хорошо подходят друг другу. Авраам Ортелий даже предположил, что Америка «оторвалась от Европы и Африки… этому способствовали землетрясения и наводнения. Следы разрыва обнаруживаются, когда кто-нибудь берет карту мира и тщательно рассматривает побережья».