Как мы стали людьми. Поиски истоков человечества - Флориан Брейер

Все эти события можно с точностью датировать, большинство из них даже зафиксировано в письменных источниках. И все же причинно-следственной связи между ними нет.

В таком случае, может быть, и вовсе нельзя утверждать ничего определенного в отношении этапов развития нашей планеты, от которых нас отделяют миллионы лет? Ведь чем дальше мы стремимся заглянуть, тем менее четкой становится картинка. И все же это возможно, потому что на сегодняшний день в нашем распоряжении имеется широкий спектр методов, позволяющих определить возраст [находок] и воссоздать условия окружающей среды, даже если речь идет о столь далеком прошлом. И кроме того, не всегда между значимыми событиями проходило так мало времени, как в нашем примере. Те же изменения климата, если их причиной являются не природные катаклизмы, часто протекают медленно. Так какие же методы помогают ученым, изучающим эволюцию человека, ответить на вопросы «когда?», «как?» и «почему?»?

К наиболее важным методам датирования относятся так называемые радиометрические методы, среди которых самым известным является радиоуглеродный анализ[128]. Он основан на измерении содержания углерода (химического элемента, обозначаемого буквой С) в окаменелых останках или горных породах. Как правило, атомное ядро этого элемента состоит из шести протонов и шести нейтронов, поэтому его обозначают как С12. Однако в земной атмосфере содержится также разновидность (изотоп) углерода с восемью нейтронами вместо шести – С14. Он постоянно образуется в атмосфере за счет воздействия космических лучей. С14, обладающий незначительной радиоактивностью, однако, является нестабильным элементом и с одинаковой скоростью распадается на свои составляющие компоненты. В течение периода своей жизни растения за счет фотосинтеза регулярно поглощают изотоп С14 из содержащегося в воздухе углекислого газа и встраивают его вместе с изотопом С12 в структуру своих тканей. Таким образом, соотношение изотопов С14 и С12 в растениях и травоядных животных всегда остается постоянным. Однако после смерти организма запускаются своего рода атомные часы. В силу того, что «поставка» изотопа С14 после этого прекращается, радиоактивный распад приводит к постепенному снижению его содержания. Этот процесс протекает совершенно равномерно, что позволяет без особых трудностей подсчитать количество времени, прошедшее с момента смерти. Поэтому этот изотоп используют для определения возраста окаменелостей.

Однако у радиоуглеродного анализа есть один недостаток. Из-за сравнительно высокой скорости распада изотопа С14 его количество в окаменелых останках сокращается вдвое каждые 5730 лет. Приблизительно после 50 000 лет его остается настолько мало, что для точной датировки этого уже недостаточно.

По этой причине палеонтологи используют и другие радиометрические методы, ведь им хочется заглянуть значительно дальше в прошлое. Анализ распада урана до тория, например, позволяет датировать окаменелости и горные породы, возраст которых составляет до 500 000 лет. В данном случае преимущество заключается в том, что уран обладает более длительным периодом полураспада. При помощи других методов, например уран-свинцовой или калий-аргоновой датировки, можно определить возраст находок, принадлежащих значительно более древним эпохам. Но не всегда имеется возможность провести радиометрические измерения.

Например, если в останках или в горной породе, в которой они находятся, не содержится нужных элементов, то нужно прибегнуть к другим методам, скажем к уже упомянутой магнитной стратиграфии, то есть к анализу магнитных свойств горной породы. В данном случае определяется направленность крошечных намагниченных частиц породы, которые, словно «окаменелый компас», сохранили информацию о направлении магнитного поля Земли на момент образования горной породы. За счет того, что на протяжении миллионов лет магнитное поле Земли постоянно смещалось и неоднократно даже полностью меняло свою полярность, этот метод позволяет определить промежуток времени, в течение которого образовалась горная порода и содержащиеся в ней окаменелости. Для датировки грекопитека наряду с прочими методами мы применяли и магнитную стратиграфию.

Другие способы основываются на циклических процессах, протекающих через точно известные промежутки времени. Речь идет как о смене дня и ночи или летних и зимних циклов, так и колебаниях солнечного излучения. Из-за воздействия существующих в нашей Солнечной системе гравитационных сил солнечное излучение циклически варьируется в любой точке Земли. В низких и средних широтах этот цикл длится 20 000 лет, в верхних широтах, вблизи полюса, продолжительность цикла увеличивается вдвое. В силу того, что солнечное излучение является значимым фактором, определяющим климатические процессы, естественные изменения климата часто также происходят в циклическом порядке. А эти естественные изменения климата, в свою очередь, сказываются на свойствах горных пород. Например, в теплом климате образуются не такие осадочные отложения, как в холодном. Поэтому свойства горных пород, которые зависят от климатических условий, также можно использовать для определения их возраста.

Итак, в нашем распоряжении имеется весьма широкий спектр различных методов датировки, правильное применение которых позволяет определить возраст находок с погрешностью менее одного процента. Например, событие, произошедшее миллион лет назад, можно датировать с погрешностью в 10 000 лет. Иными словами, события вчерашнего дня можно воссоздать с точностью до четверти часа.

Однако одной лишь точной датировки находок недостаточно, чтобы вписать их в контекст истории развития Земли. Такой же важностью обладает и воссоздание окружающей среды тех времен на основе прочих органических и неорганических элементов, содержащихся в горных породах. Конечно, окаменелости и сами являются органическими останками, только особенно крупными и заметными. Но наряду с ними в горных породах имеются и другие источники информации, которые во время исследований часто не принимаются во внимание. Так, микроскопические ископаемые нередко рассказывают нам о прошлом больше, нежели крупные кости. Например, одноклеточные водоросли дают нам сведения о качестве воды в прошедших эпохах, а в крошечных известковых скелетах животного планктона содержится информация о температуре древних океанов, содержании в них соли и направлении течений. Сегодня можно выявить в породе даже отдельные органические молекулы. Часто они являются единственными сохранившимися следами, которые оставили после себя наиболее древние живые организмы, населявшие нашу планету.

Невероятно важным источником информации является также окаменелая пыльца. Она помогает не только опознать отдельные виды растений, но и воссоздать всю растительность экосистем прошлого.