Поиски геофизических и астрофизических хронометров в классической науке

Последовательно применяя принцип актуализма, ученые смогли установить возраст планеты Земля, а также продолжительность основных эр, периодов и эпох ее истории. Однако это стало возможным не за одну сотню лет развития науки. То, что геологическая история членится на периоды – было известно еще Николаусу Стено в XVII веке, который заложил основы стратиграфии – изучения последовательности залегания пород в земной коре. Ко временам Лайеля был составлен почти полный, мало отличающийся от современного, каталог временнóй последовательности различных геологических эр, разделяемых на периоды, идентифицированы характерные для периодов породы, а также руководящие (встречающиеся только в этот отрезок времени) ископаемые. Таким образом, в общих чертах была решена проблема относительной геохронологии, определяющей последовательность эр, периодов и эпох. Но какова абсолютная продолжительность каждой из них? На этот вопрос геологи не знали ответа до XX столетия – камни, словно элегантная дама, многозначительно скрывали свой возраст от классической геологии и стратиграфии.

Первые попытки узнать возраст Земли были наивны. Начало этому положили в XVIII веке такие корифеи, как Михайло Ломоносов и Жорж Бюффон. Ломоносов наблюдал за процессами поднятия и опускания земной поверхности, «наступаний» и «отступаний» моря, Бюффон — за остыванием нагретых тел. У Бюффона получился возраст, равный 75 тысяч лет, у Ломоносова – не менее 400 тысяч… Цифры, конечно, далекие от действительности (иначе и быть не могло – принятая в качестве аналогии модель была неадекватна реальности). Но оба ученых осуществили революцию в науках о Земле: они построили модели поведения вещей в прошлом на основе изучения современного опыта, а не вычисляли возраст Земли, считая годы жизни ветхозаветных патриархов, как это делали в донаучную эпоху, опираясь на божественное откровение. И даже такие несовершенные прикидки, как у Ломоносова и Бюффона, дали значение возраста Земли, значительно превышающее ветхозаветное (которое правильно отражает по порядку величины время письменной истории человечества, ибо Ветхий Завет – один из древнейших письменных источников). Идея же оценивать время существования планеты, исходя как из скорости геологических процессов, так и из динамики остывания ее недр, использовалась неоднократно впоследствии, на новом уровне развития научного знания.

Надеясь помочь геологам определить абсолютный возраст Земли, физики XIX века продолжали изыскания. Вильям Томсон (он же лорд Кельвин) усовершенствовал метод Бюффона, проведя более детальные расчеты времени, за которое земная кора могла бы остыть до современного состояния, если изначально она была расплавленной. В итоге это время получилось не в пример внушительнее, чем у Бюффона — порядка 20-40 миллионов лет.

В сотрудничестве с Германом Гельмгольцем Кельвин решил проверить эту цифру, используя данные не о Земле, а о Солнце. С позиций физики XIX века Гельмгольц и Кельвин искали ответ на вопрос «отчего светит Солнце?». Гипотеза сгорания на Солнце химического топлива уже в XIX веке казалась неправдоподобной: химическое топливо должно быстро кончиться. Поэтому ученые XIX века не могли указать ни на какой другой источник энергии Солнца, кроме гравитационного сжатия. Расчеты показывали, что для обеспечения нынешней светимости Солнца оно должно сжиматься с такой скоростью, что около 18 миллионов лет назад радиус Солнце превышал бы радиус земной орбиты.

Хотя оценки Кельвина и Гельмгольца основывались на двух разных эффектах и дали одинаковый по порядку величины ответ, они, тем не менее, казались слишком малыми для геологов. Дело в том, что геологи часто сталкиваются со многими осадочными породами, которые накапливаются или, напротив, выветриваются очень медленно. Поскольку мощность осадочных толщ составляет многие тысячи метров, то из простой экстраполяции, проведенной еще в начале XIX века Лайелем, получалось, что время образования или эрозии многих пород должно занимать не один десяток, если не сотню миллионов лет.

Кто же был прав в попытках оценки возраста Земли – классическая физика или классическая геология? Ведь, если быть до конца откровенным, простое деление мощности пласта на наблюдаемую в настоящее время скорость осадконакопления не является строгим примером применения принципа актуализма. Дело в том, что, во-первых, скорость осадконакопления является величиной непостоянной, она зависит и от времени, и от места накопления осадков. Кроме того – и это не менее важно – существуют процессы, обратные осадконакоплению – это различные типы эрозии пород, которые так же, как и осадконакопление, не стационарны, поэтому определять время отложения пласта с помощью простого деления мощности пласта на скорость осадконакопления не всегда корректно.

Итак, надежный способ определения возраста геологических пород должен удовлетворять, по крайней мере, двум требованиям. Скорость такого процесса должна быть предельно постоянна, не зависеть от внешних условий. Кроме того, должен отсутствовать процесс, обратный тому процессу, который используется для хронометрии.

Дата добавления: 2015-07-15