Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир - Тим Грегори

холодные периферические области протопланетного диска. Но потоки CAI не струились в разные стороны в плоскости протопланетного диска – они высоко взлетали над ней по баллистическим траекториям и затем выпадали на диск пылевым дождем. В диске они смешивались с минералами матрицы, богатыми летучими веществами, и формировали хаотические и сложно структурированные пылевые облака, которые в конце концов коллапсировали и образовывали рой осадочных планетезималей, слишком маленьких, чтобы они могли расплавиться.

Спустя более четырех миллиардов лет некоторые из этих CAI покинут свои планетезимали в составе маленьких кусков камня, отколотых от родительского тела мощным ударным столкновением. Фрагменты этой каменной шрапнели отправятся обратно во внутреннюю часть Солнечной системы, и один из них приблизится к третьей от Солнца планете, покрытой океанами воды. После короткого огненного полета сквозь окружающую ее плотную газовую оболочку камень благополучно шлепнется на участок суши.

Любопытные создания, населяющие этот мир, разрежут упавший камень на куски и вновь откроют CAI солнечным лучам. Они назовут прилетевший из глубин космоса камень «Альенде».

Открывая глубину времени

Бездна времени вызывает у нас состояние беспокойства. Мы – животные, которых эволюция приучила к восприятию настоящего в масштабе часов и дней, а будущего – в масштабе месяцев или, самое большее, нескольких десятилетий. Поэтому такие меры времени, как тысячелетие, ускользают от нашего понимания и воображения. Возраст Солнечной системы, четыре с половиной миллиарда лет, – это что-то вроде шестидесяти миллионов сроков человеческой жизни, поставленных в непрерывный ряд, один за другим. На этой временной шкале геологические масштабы переходят в астрономические.

За время нашего краткого пребывания на Земле мы открыли для себя шкалы времени во много миллионов раз длиннее наших коротких жизней. Единственный для нас способ точно разметить время геологических событий – будь это момент начала эволюции сложных форм жизни, дата катастрофического столкновения двух астероидов или время отложения толстых слоев пепла в результате мощного извержения вулкана – это суметь датировать возраст камней, в структуре которых эти события записаны.

Понимание простого порядка, которому подчиняются последовательности каменных пород, может помочь нам определять время их возникновения. Здесь может быть построена относительная хронологическая шкала: например, связь между слоями песчаника, отложенными один поверх другого, можно использовать для установления порядка, в котором эти слои откладывались – чем глубже слой, тем старше порода. Но далеко по пути понимания на таком приблизительном, хоть и полезном принципе не уедешь. Относительная хронология – это что-то вроде знания, что королева Виктория жила где-то посредине между Юлием Цезарем и нами; никакой информации о реальной продолжительности времени, которое разделяет события. То же самое можно сказать и об относительной хронологии скальных пород.

Чтобы построить абсолютную хронологию, то есть продвинуться от простого расположения событий в порядке их возникновения к пониманию того, как давно эти события произошли, мы должны воспользоваться предусмотренным Природой замечательным устройством: встроенными в вещество атомными часами.

Существует много разновидностей атомных часов, которые подходят для датировки различных видов камня и работают на различных временных интервалах; но, отличаясь в деталях, в принципе они все действуют примерно одинаково. Все они основаны на существовании радиоактивных изотопов: радиоактивного «родителя», который, распадаясь естественным путем, образует нерадиоактивного «потомка».

Время течет, и атомные часы «тикают»: количество родительского изотопа в породе уменьшается (ведь он распадается), а новорожденный «потомок» постоянно накапливается. Точно измеряя количество изотопа-«потомка» в камне, мы можем вычислить количество «тиканий» атомных часов, а значит, и возраст камня. По соглашению, время мы в таких случаях отсчитываем назад от сегодняшней эпохи.

Урановый хронометр

Чтобы верно датировать события, которые разворачивались на определенной шкале времени, необходимо правильно выбрать радиоактивные часы. Точно так же мы поступаем и в жизни – для разных целей нам требуются различные измеряющие время устройства. Никто не станет отмечать время варки яйца по висящему на стене календарю или пользоваться секундомером, чтобы узнать, какой сейчас месяц.

Природа снабдила нас радиоактивными атомными часами, хорошо приспособленными для датировки процессов, которые в прошлом разворачивались на протяжении миллиардов лет. Их основа – элемент номер девяносто два, уран. Скорость его распада идеальна для датировки времени образования пород на самом раннем этапе формирования Солнечной системы.

Атом урана, как и любого другого радиоактивного изотопа, в каждую секунду с определенной вероятностью может распасться. Эта вероятность неизменна, она всегда имеет строго определенное значение, что и делает радиоизотопы столь надежным хранителем времени. При распаде ядра обоих изотопов урана – урана-238 (238U) и урана-235 (235U) – разрушаются с образованием новых, более легких изотопов другого знакомого нам элемента: свинца, элемента номер восемьдесят два.

Принцип действия урановых часов отличается изысканностью и легкой запутанностью. Ядро атома 238U распадается с образованием определенного изотопа свинца: 206Pb. А чуть менее массивный представитель уранового семейства, 235U, при распаде дает другой изотоп свинца: 207Pb. Оба эти изотопа свинца не радиоактивны: они устойчивы и, однажды образовавшись, существуют вечно. Вдобавок у свинца есть еще один устойчивый изотоп, который, в отличие от 206Pb и 207Pb, не образуется при радиоактивном распаде: 204Pb. Как и его устойчивые собратья, 204Pb может существовать вечно, и то его количество, которое присутствует в только что образовавшейся каменной породе, фиксировано раз и навсегда. А вот количества 206Pb и 207Pb переменны – они непрерывно растут по мере того, как уран с одной и той же скоростью распадается.

Распад обоих изотопов урана идет ужасно медленно. Если у вас есть очень маленькая кучка урана – 100 атомов 235U, то приготовьтесь ждать 700 миллионов лет, пока половина ее распадется и превратится в 207Pb. А в такой же щепотке 238U половина атомов превратится в 206Pb еще в шесть с лишним раз медленнее – за четыре с половиной миллиарда лет! Именно поэтому урановый хронометр идеален для датировки событий, происходящих на огромных временных интервалах.

Итак, в любой скальной породе 206Pb и 207Pb состоят из смеси двух видов свинца: исходного, который попал в нее при формировании, и появившегося в результате распада урана. Если мы измерим количество избыточного 206Pb и 207Pb, накопленного в камне с момента его образования, мы сможем вычислить его возраст. Исходный свинец мы называем «первичным», а продукт распада «радиогенным».

Как ни важна для нас Земля, в контексте всей Солнечной системы это всего лишь еще один камень, правда, большой и со своими причудами. Каменные породы Земли, как и астероидов, содержат смесь двух типов 206Pb и 207Pb: первичного свинца, присутствовавшего в пылевой туманности и подвергшегося процессу слипания, и радиогенного, накопившегося при распаде урана за геологическое время. Если бы мы измерили состав