Ученые распутывают время
Многим наукам, имеющим дело с нашей планетой, крайне важно правильно установить время происхождения той или иной находки. У геологов, палеонтологов и археологов проблема датировки зачастую стоит на самом важном месте. Любая находка имеет научный смысл только тогда, когда правильно определено время ее происхождения. Какими же инструментами пользуются ученые для выяснения точного исторического или геологического времени?
Почти все знают о так называемом радиоуглеродном методе. На самом деле – это один из видов более общего метода, который использует процесс радиоактивного распада изотопов некоторых элементов. Изотоп углерода С-14 имеет период полураспада 5730 лет, поэтому его можно эффективно применять только для предметов, которым не более 40 тысяч лет от роду. Другие изотопы используются для датировки гораздо более старых предметов, но эти методы только недавно начали применяться и не так известны, как радиоуглеродный. Так, используя процесс превращения аргона-40 в аргон-39, палеонтологи смогли датировать два человеческих черепа, найденных в Грузии в прошлом году. Согласно результатам, полученным в Центре геохронологии в Беркли, их возраст свыше 1,7 миллиона лет, что позволяет предположить, что это первые человеческие существа, покинувшие свою колыбель - Африку. Датировка с помощью изотопов аргона имеет то преимущество, что может использоваться как для материалов возрастом около 10 тысяч лет, так и для тех, чей возраст составляет миллиарды лет. А изотопы урана и свинца помогают нам заглянуть в еще более дальнее прошлое. Открытия, о которых было объявлено ранее в этом году, позволяют предположить, что на молодой Земля жизнь могла возникнуть гораздо раньше, чем было принято считать. Датировка, проведенная с помощью изотопов урана и свинца для кристалла циркония, найденного в самой старой известной осадочной породе, позволила предположить, что уже 4,4 миллиарда лет назад наша планета уже достаточно остыла, и у нее уже образовалась кора.
Другой способ датировки гораздо более сложен – он использует феномен так термолюминесценции и резонанса спинов электронов. Многие кристаллы, такие, как алмаз, кварц и полевой шпат, "умеют" поглощать и накапливать электронные заряды. При нагревании кристаллов этот процесс идет вспять, электроны освобождаются, и кристалл испускает термолюминесцентное излучение, уровень которого можно измерить. Измерив интенсивность люминесценции, исследователи могут определить время, прошедшее с того момента, когда кристалл последний раз подвергался нагреванию. Этот своеобразный "таймер" в кристаллах сбрасывается "на ноль" каждый раз, когда его нагревают до температуры более 500 градусов по Цельсию. Поэтому этот метод подходит для датировки метеоритов, обожженных огнем камней, использовавшихся ранними людьми, очагов и старой керамики.
Метод резонанса вращения электронов напоминает термолюминесценцию в том смысле, что тоже помогает датировать кристаллы (но только те, которые найдены в оболочке или покрыты эмалью). В отличие от предыдущего, метода, здесь подсчитывается число неспаренных спинов электронов, удерживаемых в кристалле, вместо того, чтобы «освобождать» их. Этот метод может использоваться для того, чтобы оценить возраст материалов не старше 1 миллиона лет, он уже стал незаменимым помощником палеоантропологов, которые часто используют его для датирования зубов у животных останков, найденных среди человеческих окаменелостей.
И, наконец, один из самых новых способов датировки – так называемая аминокислотная рацемизация. Все белковые молекулы, образующиеся в живой природе, как известно, имеют левозакрученную форму, в то время как при простом химическом синтезе получается половина левозакрученных, а половина правозакрученных молекул. Но аминокислоты, из которых, собственно, и состоят белки, имеют свойство с течением времени переходить в правозакрученное состояние – этот феномен и получил название рацемизация. Если температура окружающей среды остается неизменной, то процесс этот идет с одинаковой скоростью. Теоретически этот способ позволяет датировать предметы не старше 100 тысяч лет. Однако этот способ самый ненадежный – прежде всего потому, что сложно достоверно установить, были ли условия, в которых находились предметы, неизменными.
В наши дни редкая неделя проходит без совершения важных и сенсационных открытий, касающихся истории жизни на Земле. Всего месяц назад исследователи сообщили об обнаружении окаменелостей, которые позволяют отодвинуть дату появления на земле основных видов млекопитающих на 45 млн. лет назад. На позапрошлой неделе ученые объявили о том, что подавляющее большинство крупных животных Австралии вымерли не в результате изменения климата, а были уничтожены человеком. Хотя визуальное исследование камней, ископаемых окаменелостей и археологических находок, используемое для реконструкции прошлого нашей планеты, дает информацию для размышлений, но только удостоверившись в их возрасте, исследователь может понять их значимость, помещая находки в соответствующий контекст. Да и само происхождение Земли тоже упирается в проблему датировок. В начале прошлого века американский химик Бертран Болтвуд определил, что можно использовать прогнозируемый распад радиоактивных элементов, таких как уран, для определения промежутков времени. Болтвуд определил возраст Земли примерно в 2,2 миллиарда лет – и с этого времени эта дата постоянно уточнялась в сторону увеличения. И сегодня, почти через 100 лет после выхода основополагающей работы Болтвуда, установлено, что Земля по крайней мере в 2 раза древнее...
Комментарии читателей Оставить комментарий