О небесных странниках и о том, что известно сегодня о возрасте Земли

 

Кдва ли вызывает сомнение, что наша планета вне зависи­мости от условий рождения должна быть во всяком случае старше любых горных пород, входящих в состав ее наруж­ной каменной оболочки. Если это так, то чтобы прибли­зиться к истинному значению абсолютного возраста Земли, необходимо прежде всего установить время образования на­иболее древних пород, слагающих земную кору.

Такие породы обычно залегают на значительной глубине, скрываясь под мощным слоем более поздних наносов. Но есть несколько областей, где подобные древнейшие образо­вания выходят на земную поверхность. Эти участки назы­ваются докембрийскими щитами. В Европе, например, из­вестны два щита: Балтийский и Украинский. Балтийский расположен на территории Карелии, Финляндии и Сканди­навии; Украинские на юго-западе нашей страны, в бассейне рек, несущих воды в северную часть Черного моря. По крайней мере шесть щитов открыто в Азии: Анабарский, Ал­данский, Индийский, Аравийский, Северо-Китайский и Китайско-Вьетнамский. Имеются такие щиты и на других кон­тинентах.

Солнечная система. Пояс астероидов отделяет планеты земной группы от планет группы Юпитера.

 

Возраст древнейших образований пытались определять различными методами. Анализу были подвергнуты тысячи образцов горных пород из многих областей земного шара. Исследователи брали в качестве исходного материала разно­образные минералы, изучали содержание радиоактивных изо­топов в десятках разновидностей пород. И результаты по­лучались самые разные.

Собрав воедино все сведения, накопленные за несколько десятилетий, можно с достаточной уверенностью утверждать, что возраст древнейших пород литосферы превышает 3,7 млрд. лет и, по-видимому, может достигать 4 млрд. лет. Такие отложения были обнаружены в Антарктиде, Африке, Ка­наде, Гренландии и в нашей стране - на территории Украин­ского и Алданского щитов, Охотского массива и Енисейского кряжа. Но к тому времени, когда возникли эти породы. Земля уже наверняка существовала. Стало быть, образо­вание планеты произошло не позже 4 млрд. лет назад.

В поисках материала, который позволил бы уточнить возраст Земли, обратились к ее космическим родственникам — метеоритам. Согласно одной из гипотез метеориты представ­ляют собой остатки погибшей планеты, некогда распола­гавшейся где-то между орбитами Марса и Юпитера. Если допустить, что образование планет Солнечной системы про­изошло приблизительно в одно время, то, определив возраст метеоритов, можно было бы со значительно большей уверен­ностью говорить и о дате рождения Земли.

Различают метеориты железные и каменные. Железные метеориты состоят в основном из железа, никеля и кобальта; тяжелых радиоактивных элементов, таких как уран и торий, не содержат.

В состав каменных метеоритов входят различные мине­ралы и силикатные породы. В этих метеоритах без труда обнаруживается присутствие различных радиоактивных ком­понентов: урана, калия, тория и рубидия.

Имеются также железокаменные метеориты, занимающие по составу как бы промежуточное положение между же­лезными и каменными. Одни из них представляют собой железоникелевое вещество с многочисленными порами и ка­налами, заполненными стеклообразным силикатным минера­лом — оливином. Другие отличаются от типичных каменных метеоритов тем, что в них есть крупные вкрапления железа.

Возраст метеоритов был определен теми же способами, которые используются при изучении древних пород Земли. Свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый и рений-осмиевый методы контролировали и дополняли друг друга. И когда накопилось достаточное количество результатов, советские и американские исследователи, занимавшиеся изучением метеоритов, пришли независимо друг от друга к сход­ным выводам.

Оказалось, что половина всех изученных каменных ме­теоритов имеет возраст от 3,6 до 4,6 млрд. лет; остальные результаты составили ряд более молодых значений возраста. Это вполне объяснимо, если считать, что каменные небесные пришельцы являются обломками литосферы погибшей пла­неты.

Железные метеориты в среднем значительно древнее ка­менных. Так и должно быть, если они представляют ве­щество внутренних оболочек былого небесного тела. Обычные значения их возраста, скорректированные по данным раз­личных геохронологических методов, расположились в ин­тервале между 4 и 5 млрд. лет.

Конечно, возраст метеоритов не является непосредствен­ным свидетельством времени образования Земли. Но, во всяком случае, геохронологи могли теперь утверждать, что продолжительность существования Солнечной системы со­ставляет около 5 млрд. лет. Дополнительную информацию принесло изучение пород, взятых с поверхности Луны. Ми­нимум 4,4 млрд. лет — таким оказался возраст лунного грунта.

Можно предполагать, что планеты Солнечной системы и их спутники возникли почти одновременно. Но для того чтобы превратиться в горную породу, вещество должно было пройти значительный путь эволюционного развития. Значит, Земля, родившаяся из первичного космического вещества, еще старше.

Одни исследователи считают, что земная кора сформи­ровалась в результате дифференциации первичного веще­ства, вызванной радиоактивным разогреванием юной пла­неты. Если это так, то для установления времени образо­вания Земли нужно прибавить к возрасту древнейших пород время, необходимое для такого разогрева. Как показывают расчеты, для того чтобы в результате радиоактивного распада выделилось соответствующее количество теплоты, требуется 1 — 2 млрд. лет.

Согласно другой точке зрения, земная кора могла воз­никнуть сразу после образования планеты. Тогда изотопы, по которым оценивается абсолютный возраст, должны были поступать из ее внутренних оболочек. В этом случае для выяснения возраста Земли необходимо вычислить время, когда свинец земной коры еще не был «засорен» изото­пами, появившимися в результате распада радиоактивного урана. Расчеты показывают, что такой свинец мог сущест­вовать 4,5+0,5 млрд. лет назад.

Можно подойти к оценке возраста Земли и по-иному. Такие элементы, как уран и торий, едва ли могли возни­кать на Земле заново. Для рождения этих элементов необходимы принципиально иные условия, которых в обстановке нашей планеты, по-видимому, не было. Следовательно, Земля унаследовала тяжелые радиоактивные элементы от той или иной прародительской среды. Скорость, с которой протекает распад этих элементов, нам известна. Известно и количество сохранившихся ныне радиогенных элементов. Значит, можно вычислить время, когда материнские изотопы существовали в оболочках Земли в чистом виде. Если исходить из допу­щения, что изотопы свинец-206 и -207 в земной коре и в метеоритах имеют одинаковое происхождение и образовались исключительно за счет радиоактивного распада урана, общий возраст Земли (в пересчете на современные константы рас­пада изотопов урана) может быть приблизительно оценен в 5,3 — 5,4 млрд. лет.

По-видимому, Земля не могла образоваться раньше этого времени, которое впервые вычислил в 1937 г. советский ученый Иосиф Евсеевич Старик. Но часть изотопов свинца, присутствующих в земной коре, по всей вероятности, имеет досолнечное происхождение и была унаследована Землей от протопланетного облака. Значит, возраст Земли должен быть несколько меньше.

В 1961 г. американский исследователь Уильям Фаулер и английский математик Фред Хойл, проанализировав дан­ные астрофизики и ядерной физики, пришли к выводу, что последний космический ядерный синтез, повлиявший на состав протосолнечного вещества, мог произойти 4,7+0,1 млрд. лет назад. С определенной условностью этот момент и прини­мается ныне как предполагаемое время образования Земли.

Параллельно с изучением планетарных закономерностей, определяющих хронологическую последовательность косми­ческих событий в ходе формирования Земли, активно про­водятся исследования по геохронометрии отложений, слагаю­щих земную кору. Однако определения абсолютного возраста, несмотря на их важное значение, долгое время существо­вали как бы сами по себе, не будучи четко привязанными к делениям шкалы относительной геохронологии, являющейся фундаментом большинства геологических построений. И хотя с первых же шагов своего развития абсолютная геохро­нология совершенствовалась и непрестанно повышала точ­ность определений возраста, ее выводы не могли быть ис­пользованы геологами в должной мере, и стратиграфия (уче­ние о последовательности земных отложений) продолжала держать эту молодую науку на положении падчерицы.

Увязать цифры абсолютного возраста с данными отно­сительной геохронологии оказалось делом нелегким. Для этого потребовалось несколько десятилетий. И только в 1947 г. английский исследователь Артур Холмс опубликовал первую общую шкалу геологического возраста.

Для того чтобы создать свою шкалу, Холмс взял за основу пять образцов горных пород, геологическое положе­ние которых было достоверно известно и могло быть соотне­сено с определенными подразделениями таблицы относитель­ной геохронологии. Установив абсолютный возраст этих от­ложений, он получил «остов» шкалы абсолютного летоис­числения.

Чтобы восполнить оставшиеся весьма значительные про­белы в сведениях о возрасте остальных периодов, Холмс предположил, что время, необходимое для образования тех или иных отложений, пропорционально их мощности. Чем больше осадков отложилось на протяжении геологического периода, тем дольше он длился. Холмс выбрал наибольшие значения мощностей для каждой геологической системы и распределил временные интервалы по периодам в соответст­вии с этими величинами.

Так был создан своеобразный календарь, в котором рядом с общепринятыми названиями эр и периодов земной исто­рии были указаны возраст отложений и протяженность каж­дого отрезка времени, выраженные в единицах абсолютного летосчисления — в годах. Новая шкала необыкновенно быстро получила признание геологов всего мира.

Однако не прошло и десяти лет со дня опубликования работы Холмса, как стало совершенно очевидно, что су­ществующие представления о протяженности геологических периодов должны быть пересмотрены. С учетом новых дан­ных был внесен ряд уточнений и создана геохронологическая шкала, которая существенно отличалась от первоначальной схемы Холмса. Во всем мире ведутся сейчас исследования по определению абсолютного возраста геологических форма­ций.

Современная геохронологическая шкала охватывает в ос­новном последний этап земной истории, состоящий из трех эр: палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Существует несколько вариантов шкал, предложенных различными ав­торами или коллективами исследователей. Оценка возраста отдельных стратиграфических границ в этих шкалах не всегда совпадает. Наиболее существенными являются расхождения в определении возраста нижней границы кембрия, который устанавливается в пределах 560 — 600 млн. лет, границы кембрия и ордовика — от 480 до 515 млн. лет, а также нижнего и верхнего рубежей карбона — соответственно 320 — 370 и 270 — 300 млн. лет.

В этой главе помещена геохронологическая шкала фане-розоя (табл. 3), наиболее часто используемая в нашей стране. Она базируется на обобщении оценок абсолютного возраста, предложенных в середине 70-х годов Георгием Дмитриевичем Афанасьевым и Сергеем Ивановичем Зыковым.

 

Таблица 3 Геохронологическая шкала фанерозоя

Эра Период Начало периода, млн. лет назад Длитель ность периода, млн. лет Длитель ность эры, млн. лет
КАЙНОЗОЙСКАЯ Четвертичный (антропогеновый)
  Неогеновый 25 ± 2  
  Палеогеновый 66 ±3  
МЕЗОЗОЙСКАЯ Меловой 132 ±5
  Юрский 185±5  
  Триасовый 235± 10  
ПАЛЕОЗОЙСКАЯ Пермский 280 ± 10
  Каменноугольный 345±10    
  Девонский 400±10    
  Силурийский 435±10    
  Ордовикский 490 + 15    
  Кембрийский 570±20    

 

Исследования более поздних лет принесли много новых точных измерений абсолютного возраста. Но увязка их со шкалой относительного летосчисления далеко не всегда бы­вает достаточно надежной. И самая большая сложность заключается в том, чтобы найти такие районы, где есть породы и минералы, позволяющие «отцифровать» время фор-

мирования слоев, образовавшихся на границах геологических периодов, эпох и веков.

В 1982 г. группа английских и американских ученых: У. Б. Харленд, А. В. Кокс, П. Дж. Ллевеллин, К. А. Дж. Пик-тон, А. Дж. Смит и Р. Уолтере — завершила специальное исследование, целью которого было уточнение возрастной датировки границ стратиграфических подразделений. Опубли­кованные ими оценки возраста получены в результате изме­рений, выполненных с использованием высокоточной лабора­торной техники. Но палеонтологическое обоснование неко­торых стратиграфических уровней, для которых даны эти абсолютные датировки, не всегда можно признать бесспор­ным. Потребуется еще немало времени, чтобы разрешить все дискуссионные вопросы.

Тем не менее совершенно ясно, что для отложений, при­надлежащих фанерозойской эонотеме, уже создан подробный календарь абсолютного возраста, отвечающий основным за­дачам сегодняшних геологических исследований.

Для докембрийского времени такой детальной шкалы еще нет. Для этого огромного этапа земной истории разные исследователи предлагают различные возрастные схемы. Но полного согласия между этими схемами пока еще не достиг­нуто ни по терминологии, ни по критериям, позволяющим проводить границы между более или менее дробными геологи­ческими подразделениями. Однако уже можно суммировать имеющиеся представления в виде генерализованной схемы. Такова приведенная здесь геохронологическая шкала до­кембрия (табл. 4).

Нижняя граница азойского зона проводится по-разному. Одни исследователи соотносят ее с максимально отдален­ным временем, когда могло начаться сгущение протопла-нетного облака, породившего Землю (5,3 — 5,4 млрд. лет назад); другие — с гипотетическим моментом образования Земли как планеты (4,5 — 4,7 млрд. лет); третьи считают, что вообще нет необходимости выделять этот зон, поскольку важнейшие события, произошедшие на его протяжении, яв­ляются «догеологическими». Некоторые зарубежные ученые предлагают для этого зона не очень удачное название — «прискойский» (от латинского слова «прискус» — древней­ший, изначальный, патриархальный).

Но так или иначе, азойский эон — это вполне реальный этап истории Солнечной системы, завершившийся консоли­дацией космического вещества в планетное тело, которое на первой стадии своего существования, по-видимому, было лишено органической жизни.

 

Таблица 4 Геохронологическая шкала докембрия

Зоны и их подразделения Возрастные границы эонов и их подразделений, млн. лет Прочие рубежи, млн. лет
  ФАНЕРОЗОЙ    
КРИПТОЗОЙ ПРОТЕРОЗОЙ Венд ----- 570±20 -------------------------- ------------------------- 680±20 — -1100±50 — — 1300±50 —
Рифей 1650+50  
Карелий    
— 1900±100 — — 2300±100 — -2100±100 —
АРХЕРОЗОЙСКИЙ (АРХЕЙСКИЙ)   — 2600±100 ------------------------  
Поздний -----------------3100+100 — -2900+-100 —
Средний -------------------------- 3500±100 — -3300+.100 —
Ранний 4000 + 1 00 - ------------------------  
АЗОЙСКИЙ ------------ ~5300- 5400 ------------ -4700±100 — (образование Земли)

 

Установление следующего — архейского, или археозой­ского, — зона признается всеми учеными. Нижняя его граница может быть условно проведена на уровне 4,0 млрд. лет, по­скольку выше этого рубежа появляются сильно метаморфизованные породы, содержащие соединения углерода, что мо­жет свидетельствовать о первых проявлениях органической жизни. В пределах археозоя фиксируются две наиболее су­щественные границы — 3500 и 3100 млн. лет, разделяющие ранне-, средне- и позднеархеозойские отложения.

Надо отметить, что термин «археозойский» был предло­жен раньше, чем «архейский», и согласно правилам страти­графической номенклатуры имеет преимущество приоритета. Но наименование «архей» прочно укоренилось в геологи­ческой литературе для обозначения соответствующей эоно-

темы и потому может быть сохранено в качестве равно­правного синонима.

Верхняя граница архея, согласно рекомендации Меж­ведомственного стратиграфического комитета СССР, прини­мается на уровне 2600 млн. лет. Вслед за тем начинается протерозойский зон. Входящие в его состав Карелии, рифей и венд разделяются возрастными рубежами 1650 и 680 млн. лет. Кроме того, внутри Карелия устанавливаются более дробные подразделения, границы между которыми отвечают 2300 и 1900 млн. лет.

Помимо этих стратиграфических единиц, признаваемых геологами большинства стран, в докембрийских отложениях фиксируются границы на уровнях 3300, 2900, 2100, 1300, 1100 млн. лет и некоторые другие, геологическое значение которых не имеет пока однозначного истолкования.

В СТЕНАХ ЛАБОРАТОРИИ