Ирина Лагунина: Несколько веков перед учеными стояла проблема установления абсолютного возраста горных пород и остатков ископаемых организмов. Но решить эту проблему кардинально удалось только во второй половине ХХ века с помощью новых методов анализа изотопов. О достижениях геохронологов рассказывает кандидат физико-математических наук, доктор технических наук, научный сотрудник Института биофизики при Министерстве здравоохранения России Николай Борисов. С ним беседуют Александр Марков и Ольга Орлова.
Александр Марков: Николай, когда впервые люди задумались, сколько лет каким-то историческим памятникам или горным породам, которые нас окружают? Кем были предприняты первые попытки определить возраст?
Николай Борисов: Это началось с началом геологии, когда в 17 и 18 веках было установлено, что наша земля, наша земная кора имеет слоистое строение, имеются страты. И в начале 19 века была составлена стратиграфическая таблица, какие слои залегают поверх каких. То есть те слои, которые залегали выше, они, очевидно, были более молодыми. Так к 30 годам 19 века организовали ученые геологическую колонку стратиграфическую, так было организовано определение относительного возраста пород.
Александр Марков: То есть это слои, которые идентифицировались по останкам ископаемых организмов?
Николай Борисов: С относительным возрастом пород порядок был наведен более полутора веков назад. А что касается абсолютного возраста пород, как давно это было, то этот вопрос ученые тоже задавали, но до 20 века ответа на него не было.
Александр Марков: Вроде бы еще Михаил Ломоносов пытался, другие ученые 18 века оценить этот абсолютный возраст или это делалось только на основе Священного писания, когда высчитывали годы жизни?
Николай Борисов: Четыреста лет назад был такой испанский епископ Ашер, который действительно пытался суммировать годы жизни патриархов. А Михаил Ломоносов, Жорж Бефон, другие ученые, они поступили по-другому. Они использовали медленные процессы, которые наблюдаются в природе и такие как эрозия пород, осадконакопление, теплопроводность пород, пытались определить, какие скорости у этих процессов и пытались определить, сколько лет тем или иным географическим формациям. Возраст получался весьма солидный, от сотен тысяч до сотен миллионов лет. Однако те методы, которые использовались в 18-19 веке, они были не корректными и вот почему. Во-первых, все процессы, которые изучались учеными 18-19 веков, были не стационарными, с непостоянной скоростью во времени. Это первое. А во-вторых, все процессы, которые изучали ученые 18-19 веков, они имели обратные процессы. И поэтому разные ученые, изучая разные эффекты, от Ломоносова до Гельмгольца и Кельвина, получали очень большой разброс - от 10 миллионов до 100 и более миллионов лет, никто не знал, кто прав.
Александр Марков: То есть что значит, что был обратный эффект? Если брать скорость осадконакопления, скорость, которой в море накапливается на дне осадочные породы, то обратный процесс будет эрозия, размывание этих пород. А еще какие были?
Николай Борисов: Были процессы по остыванию земных недр, пытались определить, сколько нужно, если Земля была раньше расплавленной, сколько нужно времени, чтобы она остыла до нашей современной температуры, что кора твердая, а недра еще расплавленные. Были способы определить возраст Солнца, исходя из того, что думали Солнце сжимается за счет гравитационных сил, из-за этого оно светится.
Александр Марков: Тогда еще не знали о термоядерном синтезе.
Николай Борисов: Не знали о термоядерных реакциях, не знали о том, что значительную часть энергии земных недр поставляет радиоактивный распад и поэтому получались неправильные результаты.
Александр Марков: Который может разогревать обратно остывающую землю. Какие же наконец методы были найдены наконец корректные?
Николай Борисов: Методы были найдены в 20 веке в связи с изучением такого процесса, как радиоактивный распад ядер. Радиоактивный распад – это самопроизвольное превращение одних ядер в другие. При этом излучается излучение, которое уносит энергию, в том числе разогревает Землю. Но для живых организмов оно может быть вредным. Но для геологии важно не ионизирующее излучение, а количество ядер, которые называются в ядерной физике нуклиды, которые материнского и дочернего нуклида. И главной проблемой было неизвестное начальное содержание материнского и дочернего нуклида. Поэтому часть методов, которые используют геологи, геофизики, геохимики - это методы, которые предполагают отсутствие дочернего нуклида на момент извержения породы. А надо сказать, что только магматические породы могут быть датированы абсолютным способом. Относительно мы датируем осадочные породы по ископаемым осадкам.
Ольга Орлова: А что значит относительно? Какое получается соотношение?
Николай Борисов: Относительно - это означает, что было раньше, что было позже. У нас имелось в истории земли пять эр – архей, протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой, они делились на периоды, периоды на эпохи, эпохи на века. Вот это есть относительная геохронология. И есть абсолютная геохронология, которая говорит, сколько лет назад произошло то или иное событие.
Ольга Орлова: Тогда у нас идет относительная датировка.
Александр Марков: Там нет вообще абсолютных значений. То есть мы, палеонтологи можем сказать на основе относительной датировки, что первые четвероногие позвоночные появились в девонском периоде.
Николай Борисов: Абсолютно это будет 375 миллионов лет назад.
Александр Марков: Сама по себе палеонтология не может сказать вообще, сколько лет назад это было ни приблизительно, ни точно, никак. Для этого нужны именно методы абсолютной хронологии.
Николай Борисов: Возвращаясь к абсолютным методам, первые абсолютные методы, основанные на радионуклидах, предполагали отсутствие дочернего нуклида в момент извержения породы. Извергается на поверхность, если дочерний нуклид представляет собой газ, то газ из лавы испаряется, происходит дегазация лавы при извержении. Например, если этот газ аргон, если по калию-40 идет измерение.
Александр Марков: Это калий-аргоновый метод, калий превращается в аргон в результате.
Николай Борисов: Калий-40 превращается в аргон-40. Калий-аргоновый метод основан на том, что порода не содержит аргона на момент извержения. Но метод с большой погрешностью для недавно извергнувшихся лав.
Александр Марков: За счет чего погрешность получается?
Николай Борисов: Погрешность за счет того, что не весь аргон улетучивается из лавы.
Ольга Орлова: Что значит большая погрешность?
Николай Борисов: Недавно извергнувшиеся лавы, например, сорок лет назад, они могут иметь калий-аргоновый возраст за счет остаточного аргона два-три миллиона лет. Это большая погрешность.
Александр Марков: Для недавних лав большая погрешность.
Николай Борисов: Если мезозойские лавы, то два-три миллиона лет для мезозоя приемлемо.
Александр Марков: Для более древних близко к абсолютной точности, когда речь идет о миллиардах лет.
Николай Борисов: Сейчас в арсенале биохронологов имеется метод, который свободен от погрешности, связанной с тем, что мы не знаем содержания дочернего нуклида, этот метод называется метод изохрон. Он основан на том, что мы берем несколько образцов лавы, которые содержат разные количества материнского радионуклида.
Александр Марков: То есть, например, калия-40.
Николай Борисов: Мы оставляем отношение материнского радионуклида к изотопу того же элемента, что материнский радионуклид, но другому изотопу того же самого калия. Смотрим отношение дочернего радиогенного нуклида к не радиогенному изотопу того же аргона. Например, аргон-40 - это радиогенный и аргон-36, у нас получается аргон-аргоновый метод. Это отношения калия-40 к аргону-36 и аргона-40 к аргону-36. Для образцов породы, извергнувшихся в один момент биологического времени, ложатся на одну прямую, которая имеет угол наклона, зависящий от времени, прошедшего с момента извержения породы.
Александр Марков: Как раз наклон этой прямой будет показывать возраст.
Николай Борисов: Это так называемый аргон-аргоновый метод. То есть используются три изотопа. Сам материнский, радионуклид, используется дочерний радиогенный нуклид аргон-40 и нуклид того же элемента, что и дочерний аргон, но другой изотоп, не аргон-40, а аргон-36.
Александр Марков: Тот, который не радиогенный, который попал в породу как бы другим путем.
Николай Борисов: Который изначально там был. Какое-то количество аргона-40 тоже было изначально. Но вся суть метода изохрон связана с тем, что для одновременно извергнувшихся образцов пород это самое изохронное отношение, содержание трех изотопов у нас ложится на прямую линию. Если не ложится, значит эти образцы пород были извергнуты не в одно время и таким образом у нас имеется важный критерий, который позволяет судить, работают ли наши ядерные часы исправно или они испорчены.
Александр Марков: Внутренний контроль. Если мы видим, что точки лежат на одной прямой, значит…
Николай Борисов: То есть они изверглись в одно время, не было последующих заносов или выносов нуклидов.
Александр Марков: Можно применять этот метод изохрон к разным, скажем, к радиоуглеродному методу?
Николай Борисов: К радиоуглеродному нельзя, потому что радиоуглеродный метод основан на содержании углерода в органике. Радиоуглеродным методом можно мерить возраст только органических останков. А что касается методов изохрон, то это методы не палеонтологические - это методы геологические, работают они не с осадочными породами, а только с магматическими и вулканическими породами.
Александр Марков: Скажите, Николай, какая же точность сейчас на сегодняшний день достигнута в определении абсолютного возраста основных стратиграфических границ, рубежей эр, периодов и так далее?
Николай Борисов: До 50 миллионов лет - это точность двести-триста тысяч лет, более 50 миллионов лет до миллиона лет. И таких реперных точек по данным биологического союза весьма много, десятки на геостратиграфической шкале. Они отбираются по многим критериям. Там должно быть известно чередование стратиграфической колонки магматических и осадочных пород для того, чтобы синхронизовать абсолютную шкалу с относительной. И таких реперных точек на геохронологической таблице существует несколько десятков.
