Краткая история почти всего на свете
Шрифт:
Трудности датирования горных пород были таковы, что одно время почти во всем мире бросили этим заниматься. Если бы не один преисполненный решимости английский профессор, которого звали Артур Холмс, поиски решения этой проблемы могли бы вообще заглохнуть.
Холмс героически преодолевал препятствия и добивался нужных результатов. К 1920-м годам, в разгар его научной деятельности, геология вышла из моды, поскольку новым увлечением века стала физика. Геологию жестко ограничивали в средствах, особенно на ее духовной родине, в Англии. Холмс много лет единолично представлял весь геологический факультет Даремского университета. Чтобы продолжать радиометрическое датирование горных пород, ему часто приходилось заимствовать у других или латать свою аппаратуру. Однажды дошло до того, что его расчеты фактически были задержаны на год в ожидании того, когда университет обеспечит его простой суммирующей машинкой. Время от времени он был вынужден совсем оставлять научную деятельность, чтобы заработать на содержание семьи — некоторое время он держал антикварную лавку в Ньюкасле-на-Тайне, — бывало, что у него даже не находилось пяти фунтов стерлингов на членские взносы в Геологическое общество.
Методика, которую Холмс применял в своей работе, была теоретически проста и непосредственно вытекала из явления, впервые замеченного в 1904 году Эрнестом Резерфордом и состоявшего в том, что некоторые атомы, распадаясь, образуют другой элемент, причем с достаточно предсказуемой скоростью, так что могут использоваться в качестве часов. Если известно, сколько времени требуется для превращения калия-40 в аргон-40, и измерить содержание того и другого в образце, то можно определить возраст материала. Холмс же, чтобы вычислить возраст пород и тем самым, как он надеялся, возраст Земли, измерял скорость распада урана с превращением в свинец.
Но на этом пути предстояло преодолеть множество технических трудностей. Холмс также нуждался в сложной аппаратуре, с помощью которой можно было бы делать очень тонкие измерения небольших по размеру образцов, но все, что ему удалось, так это получить простую счетную машинку. Так что было большим достижением, когда в 1946 году он смог с уверенностью заявить, что Земле по крайней мере три миллиарда лет, а возможно, и значительно больше. К сожалению, теперь он столкнулся с новым тяжелым препятствием: консерватизмом его коллег ученых. Охотно воздавая хвалу его методике, многие из них утверждали, что он установил не возраст Земли, а всего лишь возраст составляющих ее пород.
Как раз в это время Гаррисон Браун из Чикагского университета разработал новый метод подсчета изотопов свинца в породах вулканического происхождения (т. е. тех, которые в отличие от осадочных пород прошли через плавление). Понимая, что работа будет крайне скучной, он перепоручил ее юному Клэру Паттерсону в качестве диссертационного проекта. Особенно замечательно то, что он обещал Паттерсону, что определить возраст Земли этим новым способом — сущий пустяк. В действительности на это потребуются годы.
Паттерсон начал работу в 1948 году. В сравнении с захватывающим воображение вкладом Томаса Миджли в прогресс человечества определение Паттерсоном возраста Земли выглядит более чем скромно. На протяжении семи лет — сначала в Чикагском университете, а затем, с 1952 года, в Калифорнийском технологическом институте — он работал в стерильной лаборатории, делая очень точные измерения соотношений свинца и урана в тщательно отобранных образцах древних пород.
Сложность измерения возраста Земли заключалась в том, что требовались очень древние породы с кристаллами, включающими свинец и уран, примерно того же возраста, что и сама планета. Более молодые образцы дают искажения в сторону более позднего времени. Но на Земле редко находят действительно древние породы. В конце 1940-х годов никто до конца не понимал почему. В действительности, и это весьма удивительно, лишь вступив в космический век, удалось внятно объяснить, куда делись на Земле все древние породы. (Ответ дает тектоника плит, до которой мы, разумеется, еще доберемся). Паттерсону же между тем пока оставалось лишь пытаться разобраться в этих вещах, располагая весьма ограниченным набором образцов. В конце концов ему пришла в голову оригинальная мысль: можно восполнить нехватку образцов, используя породы внеземного происхождения. И он обратился к метеоритам.
Паттерсон выдвинул весьма сильное и, как оказалось, верное предположение, что многие метеориты представляют собой остатки строительных материалов, сохранившихся с ранних времен существования Солнечной системы, и потому внутри них мог сохраниться более или менее нетронутым первичный химический состав. Измерьте возраст этих странствующих камней — и вы получите (с неплохой точностью) возраст Земли.
Как всегда, все оказалось не так просто, как это может показаться из нашего беглого описания. Метеориты встречаются весьма редко, и достать их образцы не так-то легко. Кроме того, разработанная Брауном методика измерений оказалась крайне сложной в деталях и требовала значительной доработки. Ко всему прочему, с образцами Паттерсона постоянно возникали проблемы из-за того, что они бесконтрольно загрязнялись большими дозами содержащегося в атмосфере свинца каждый раз, как только попадали на воздух. Именно это обстоятельство заставило его в конечном счете создать стерильную лабораторию — первую в мире, если верить по крайней мере одному из источников.
Паттерсону потребовалось семь лет упорного труда, чтобы только собрать и оценить образцы, предназначенные для окончательной проверки. Весной 1953 года он привез свои образцы в Аргоннскую национальную лабораторию в штате Иллинойс. Там ему выделили время на масс-спектрографе последней модели — приборе, способном обнаруживать и измерять самое незначительное количество урана и свинца, упрятанное в древних кристаллах. Когда наконец Паттерсон получил результаты, он так разволновался, что сразу отправился на родину в Айову и попросил мать поместить его в больницу на исследование, так как подумал, что у него случился сердечный приступ.
Вскоре на конференции в Висконсине Паттерсон объявил окончательный возраст Земли — 4550 миллионов лет (плюс-минус 70 миллионов лет) — «цифра, остающаяся неизменной и через пятьдесят лет», как восхищенно замечает Макгрейн. После двухсотлетних попыток Земля наконец обрела возраст.
Почти сразу Паттерсон сосредоточил внимание на насыщавшем атмосферу свинце. Он был поражен, обнаружив, что даже то немногое, что было известно о воздействии свинца на человека, почти неизменно оказывалось либо неверным, либо вводящим в заблуждение. И неудивительно: ведь на протяжении сорока лет все исследования о воздействии свинца финансировались исключительно производителями свинцовых присадок.
В одном из таких исследований врач, не имевший специальной подготовки в области патологии, связанной с химией, взялся за пятилетнюю программу, в ходе которой добровольцам предлагалось вдыхать или глотать свинец в возрастающих количествах. Затем у них проверялись моча и кал. К несчастью, доктор, видимо, не знал, что свинец не выделяется с отходами жизнедеятельности. Наоборот, он накапливается в костях и крови — именно из-за этого он так опасен, — а ни кости, ни кровь не проверялись. В результате свинцу было выдано свидетельство полной безвредности для здоровья.
Паттерсон быстро установил, что в атмосфере находится — и фактически остается сегодня, потому что он никуда не девается, — огромное количество свинца. И около 90 % его, похоже, вышло из выхлопных труб автомашин. Но он не смог этого доказать. Ему требовалось найти способ сравнить нынешний уровень содержания свинца в атмосфере с уровнем, существовавшим до 1923 года, когда началось коммерческое производство тетраэтилсвинца. И тут он догадался, что ответ могут дать ледники.
Было известно, что в местах, подобных Гренландии, выпавший снег откладывается отдельными слоями (из-за сезонных колебаний температуры наблюдаются незначительные изменения в их окраске от зимы к лету). Отсчитывая эти слои и измеряя количество свинца в каждом из них, Паттерсон мог вычислить концентрацию свинца в земной атмосфере в любой период времени на протяжении сотен и даже тысяч лет. Эта идея легла в основу изучения ледниковых кернов, на котором во многом зиждется современная климатология.