Карл Циммер
Эволюция: Триумф идеи
Обезьяна против епископа
В ту зиму, когда Англию засыпало снегом, тысячи людей по всей стране сидели у пылающих каминов и читали книгу Дарвина. Первый тираж в 1250 экземпляров был раскуплен в один день, и в январе издатель напечатал еще 3000 экземпляров его книги. Гексли в письме похвалил труд Дарвина, но предупредил о грядущих баталиях. «Я готов, точу когти и клюв», – написал он. Газеты в большинстве своем отозвались на книгу Дарвина лишь короткой статьей, но в периодических журналах, где традиционно ученый мир обсуждал великие идеи XIX в., реакция на нее была более эмоциональной. Гексли и другие союзники Дарвина хвалили книгу, но многие другие рецензенты увидели в ней богохульство. Журнал The Quarterly Review объявил, что теория Дарвина «противоречит обнаруженной связи творения с его Творцом» и «несовместна с полнотой славы Его».
Больше всего разозлила Дарвина рецензия, опубликованная в Edinburg Review в апреле 1860 г. Она была анонимной, но всякий, кто был знаком с Ричардом Оуэном, мог сказать, что написал ее именно он. Рецензия поражала своей враждебностью. В ней Оуэн называл книгу Дарвина «надругательством над наукой». Он жаловался на то, что Дарвин и его последователи называют естественный отбор единственным возможным естественным законом творения. В принципе, Оуэн не выступал против эволюции; ему просто не нравился, как он выразился, слепой материализм.
И все же Дарвин сумел сделать то, что не удалось Оуэну. В свое время Оуэн тоже пытался свести воедино открытия биологической науки, но пришел лишь к туманным рассуждениям об архетипах и непрерывном творении. А Дарвин объяснил сходство между видами наличием конкретного механизма, работающего в каждом поколении.
Оуэн написал свою рецензию в приступе гнева не только на Дарвина, но и на Гексли. В былые времена Гексли публично критиковал Оуэна так ядовито, что тот был буквально шокирован. Гексли презирал Оуэна не только за низкопробную, как он считал, науку, но и за то, что тот всегда старался понравиться аристократам. Он называл теорию непрерывного творения абсурдной и открыто высмеивал ее. Оуэна так раздражали эти постоянные нападки, что однажды во время публичной лекции заявил, глядя прямо на Гексли, что у всякого, кто не рассматривает палеонтологическую летопись как прогрессивное проявление божественного разума, имеется, должно быть, «какой-то, возможно врожденный, дефект сознания».
Самые яростные их схватки пришлись на последние годы перед выходом в свет «Происхождения видов». Оуэн пытался доказать, что человек принципиально отличается от всех прочих животных. В 1850-х гг. орангутанги, шимпанзе и гориллы начали привлекать серьезный интерес ученых. Оуэн препарировал тела обезьян и изучал их скелеты, пытаясь отыскать хоть какую-нибудь малость, которая отличала бы человека от этих животных. Если мы – всего лишь вариация высших приматов, то что станет с моралью?
Оуэн решил, что больше всего человека от животных отличают мыслительные способности: умение говорить и рассуждать. Поэтому Оуэн обратился к мозгу человекообразных обезьян и попытался найти там принципиальное анатомическое отличие. В 1857 г. он заявил, что нашел ключевой момент: в отличие от мозга обезьяны, мозговые полушария человека простираются так далеко назад, что образуют третью долю с особым строением, которую Оуэн назвал малым гиппокампом. Он объявил, что уникальность этой структуры позволяет поместить человека в отдельный подкласс. Наш мозг отличается от мозга шимпанзе так же, как мозг шимпанзе отличается от мозга утконоса.
Гексли подозревал, что Оуэн ошибся отчасти потому, что изучал плохо сохранившиеся образцы мозга. Вообще, в основе его тщательно проработанной классификации лежит фундаментальная ошибка. (Гексли любил говорить, что теория Оуэна возвышается «как коринфский портик на коровьем дерьме».) На самом деле, утверждал Гексли, человеческий мозг отличается от мозга гориллы не более, чем мозг гориллы от мозга бабуина. «Я не принадлежу к тем, кто пытается обосновать достоинство человека строением большого пальца на ноге или утверждает, что мы пропали, если у какой-нибудь обезьяны найдется малый гиппокамп, – писал Гексли. – Напротив, я сделал все, что мог, чтобы избавить человечество от подобного тщеславия».
Яростная рецензия Оуэна на дарвиновское «Происхождение видов» лишь усилила напряжение между ним и Гексли, и через несколько месяцев, в июне 1860 г., произошел взрыв. На ежегодное собрание Британской ассоциации содействия науке в Оксфорде собрались тысячи человек. 28 июня Оуэн, президент Ассоциации, прочел доклад, в котором еще раз объяснил, чем именно человеческий мозг отличается от мозга человекообразных обезьян. Гексли заранее спланировал и подготовил ответный шаг. После доклада Оуэна он встал и объявил, что только что получил письмо от одного шотландского анатома, который недавно препарировал свежий мозг шимпанзе и обнаружил, что он чрезвычайно похож на человеческий мозг, включая и малый гиппокамп. На глазах переполненного зала Оуэн оказался беззащитен перед Гексли. Более публичного места для разгрома и унижения противника и выдумать было бы трудно.
Выиграв давний спор о мозге, Гексли решил на следующий день покинуть Оксфорд. Но тут он столкнулся с Робертом Чемберсом, по-прежнему анонимным автором «Начал». Услышав, что Гексли собирается уехать, Чемберс пришел в ужас. Разве Гексли не знает, что должно произойти завтра?
По всему Оксфорду носились слухи о том, что на следующий день епископ Уилберфорс собирался публично разгромить Дарвина. Уже многие годы Уилберфорс был олицетворением голоса церкви в борьбе против концепции эволюции. В 1844 г. он нападал на «Начала», называя их грязной спекуляцией. Теперь епископ готовился громить книгу Дарвина; особой разницы между двумя книгами он не видел. На следующий день был запланирован доклад некоего американского ученого по имени Уильям Дрейпер о «дарвинизме» и его значении для человеческого общества. Уилберфорс собирался воспользоваться случаем и публично разоблачить Дарвина на важнейшем научном форуме Британии. Все эти дни Оуэн жил в доме Уилберфорса и, без сомнения, готовил епископа к схватке. Чемберс убедил Гексли остаться на доклад Дрейпера и защитить Дарвина.
На следующий день заседание, как всегда, открыл Оуэн. В аудиторию набилось больше тысячи человек. Оуэн объявил: «Давайте же всегда серьезно относиться к задаче научного исследования, отдавая себе отчет в том, что чем больше мы упражняем таким образом и, упражняя, улучшаем, наши интеллектуальные способности, тем более достойными станем, тем лучше будем готовы приблизиться к нашему Богу».
Доклад Дрейпера назывался «Об интеллектуальном развитии Европы в контексте теории мистера Дарвина и других о том, что прогресс организмов определяется законом». По любым критериям доклад этот был скучным, длинным и слабо аргументированным. Джозеф Гукер, присутствовавший в аудитории, назвал доклад Дрейпера «напыщенной чепухой». В холле стало жарко, но, несмотря на духоту, никто не уходил. Все хотели услышать епископа.
Когда Дрейпер закончил, Уилберфорс встал и заговорил. Он недавно написал рецензию на книгу Дарвина и теперь вкратце пересказал ее. Он не утверждал, что науку необходимо поверять по Библии, но все же написал в рецензии: «Очень важно указывать в научной области на научные ошибки, особенно если ошибки эти умаляют славу Божию в творении».
Дарвин сделал именно такую ошибку. Его книга основана на диких предположениях и лишена практически всяких доказательств. Вся его теория держится на известной всем нам новой идее – идее естественного отбора. И все же Уилберфорс писал: «Был ли обнаружен хотя бы один такой случай? Не побоюсь заявить: ни одного».
Вместо этого Уилберфорс высказался за некую неопределенную смесь из Пейли и Оуэна. «Все создания представляют собой материальное воплощение идей, вечно существующих в сознании Всевышнего, – порядок в абсолютном совершенстве пронизывает Его труды, поскольку существует как бы в их центре».
Закончив свою речь, Уилберфорс посмотрел на Гексли и полушутливо спросил его, с какой стороны – со стороны бабушки или дедушки – он происходит от обезьяны.
Позже Гексли рассказывал Дарвину и остальным, что в тот момент он повернулся к сидевшему рядом приятелю, стукнул того кулаком по коленке и объявил: «Господь сам отдал его в мои руки». Он встал и ответил Уилберфорсу. Он заявил, что епископ не сказал совершенно ничего нового, если не затрагивать вопроса о предках самого Гексли. «И если, сказал я, мне задают вопрос о том, предпочел бы я иметь в качестве дедушки несчастную обезьяну или человека, щедро одаренного природой, обладающего огромными средствами и влиянием, но при этом использующего все эти качества и это влияние лишь для того, чтобы опошлить пустым зубоскальством серьезную научную дискуссию, я без колебаний подтверждаю, что предпочел бы обезьяну».
Аудитория взорвалась смехом, но неожиданно в центре поднялся, по описанию Гукера, «седовласый пожилой джентльмен с греческим носом». Джентльмен дрожал от ярости. Это был капитан Фицрой.
За годы, пролетевшие после экспедиции, Фицрой и Дарвин охладели друг к другу. Капитан считал, что в книге о плавании «Бигля» Дарвин преследовал своекорыстные цели и почти не упоминал о помощи, которую получал от Фицроя и команды. Хотя в свое время капитан интересовался геологической историей Лайеля, позже он вернулся к буквальному прочтению Библии. В своей книге о памятном путешествии Фицрой попытался связать все найденные им и Дарвином окаменелости с Всемирным потопом. Тот факт, что Дарвин пошел еще дальше по пути ереси, отрицая не только Всемирный потоп, но и Божье творение, – его шокировал.
Капитан приехал в Оксфорд, чтобы прочитать доклад о штормах, и случайно услышал разговоры о докладе Дрейпера. После слов Гексли Фицрой встал и заговорил о том, в какое смятение привели его взгляды Дарвина, откровенно противоречащие Библии. Он заявил, что чтение «Происхождения видов» причинило ему «острейшую боль». Он поднял над головой обе руки с зажатой в них Библией и попросил аудиторию верить Богу, а не человеку. Эти слова вызвали взрыв протеста, и все попытки капитана вновь заговорить были заглушены криками.
Наконец настал черед Джозефа Гукера. Нападая на Уилберфорса, он даже влез на подиум. Позже он писал Дарвину об этой своей речи: «Я решил продемонстрировать, что: 1) он точно не читал вашей книги и 2) он абсолютно невежествен в азах ботанической науки; после этого заседание было распущено, и вы остались хозяином положения».
Если Дарвин и остался хозяином положения, то хозяином отсутствующим. Теперь, в возрасте 50 лет, он жил практически затворником и, естественно, не поехал в Оксфорд. Пока Гукер и Гексли защищали его, он проходил в деревне Ричмонд очередной курс лечения от своей хронической болезни. Там он с болезненным трепетом читал письма друзей, в которых описывались развернувшиеся дискуссии. «Я скорее умер бы, чем попытался ответить епископу в такой аудитории», – написал он Гукеру.
Оксфордская встреча быстро стала легендой и, как это всегда случается с легендами, подлинные события скрылись в густом тумане приукрашенных описаний. Каждый из игроков той драмы предлагал слушателям собственную версию, в которой сам мог блеснуть наилучшим образом. Уилберфорс был убежден, что победил в дебатах, тогда как Гексли и Гукер считали – каждый со своей стороны, – что именно он нанес епископу решающий удар. До сего дня неясно, что именно произошло в оксфордской аудитории в тот теплый июньский день, и самому Дарвину тоже нелегко было в этом разобраться. Ему было ясно одно: 20 лет жизни в безвестности закончились.
Еще при жизни Дарвин был признан одним из величайших ученых. К 1870-м гг. теорию эволюции признали почти все серьезные ученые Британии, хотя некоторые из них готовы были спорить с Дарвином по некоторым ее аспектам. Его статуя стоит в Музее естественной истории в Лондоне, а сам он похоронен в Вестминстерском аббатстве, неподалеку от Ньютона.
Но в судьбе «Происхождения видов» заключена и величайшая ирония – ведь только в XX в. проявилась подлинная мощь теории Дарвина. Только в XX в. палеонтологи и геологи разработали научную хронологию жизни на Земле. Только в XX в. биологи открыли молекулы, без которых невозможны ни наследственность, ни естественный отбор. И только в XX в. ученые начали понимать мощь эволюции, управляющей всем на Земле, от вируса простуды до человеческого мозга.
3. Погружаясь в глубь времен
История земной жизни обретает датировки
У геологов есть собственная Мекка, и находится она в долине реки Акаста в глубине канадских Северо-Западных территорий. Добраться туда можно только в каноэ, потратив несколько дней на борьбу с течением, или на гидросамолете. В этом случае вам придется отправиться на север из городка Йеллоунайф и пролететь над громадным пустынным пространством, покрытым наполовину водой, наполовину сушей. Вода здесь принимает вид тысяч больших и малых озер самой причудливой формы, иногда словно нанизанных бусинами на нить какой-нибудь неторопливой речушки. Вы приводнитесь возле длинного узкого острова посередине реки. Берег здесь густо зарос черной елью, оленьим мхом, вереском и лишайниками. Тишину нарушает лишь щебетание ржанок, а ваша кожа подвергается непрерывным атакам мошки и комаров.
Геологические обнажения спускаются к самой воде, и вы тоже можете спуститься между валунов. Скалы здесь гранитные, темно-серые, с вкраплениями полевого шпата – в общем, в точности похожие на любые другие гранитные скалы, которые вам, возможно, приходилось видеть. Они исключительны лишь в одном: некоторым из этих скал более 4 млрд лет, что делает их старейшими скалами, известными на Земле. Минералы, из которых они состоят, держатся вместе с тех самых пор, когда Земля была еще совсем юной; за время их жизни континенты не раз расходились и сходились вновь.
Возраст этих скал столь огромен, что трудно даже вообразить. Представьте себе, что год равен длине ваших вытянутых рук. Тогда, чтобы показать возраст скал Акасты, людям пришлось бы образовать цепочку, которая опоясала бы Землю по экватору 200 раз. И насколько нам трудно представить себе эту картину, настолько же она способна была бы осчастливить Дарвина.
Выдвигая свою теорию эволюции, Дарвин не мог ничего знать о возрасте скал Акасты. До открытия физических законов, которые позволили определить их возраст, оставалось еще 50 лет. Дарвин подозревал, что мир вокруг чрезвычайно стар, что, конечно, вполне соответствовало его теории постепенной, поколение за поколением, эволюции. Но только в XX в. палеонтологи и геологи смогли точно датировать этапы истории Земли. Был найден способ установить не только порядок, в котором на Земле появлялись новые формы жизни, но и реальные даты – от первых ее следов (3,85 млрд лет назад)[2] до первых животных (600 млн лет назад) и первых представителей нашего собственного вида (150 000 лет назад).
Слишком теплая, чтобы быть старой
Из всех – религиозных, биологических или геологических – возражений против теории эволюции самым неприятным для Дарвина был вопрос о возрасте нашей планеты. Задал этот вопрос не епископ, не биолог и даже не геолог; он пришел с совершенно неожиданной стороны: от физика.
Уильям Томсон (более известный как лорд Кельвин) в момент публикации «Происхождения видов» был одним из ведущих мировых физиков. Для Кельвина Вселенная представляла собой вихрь энергии, электричества и тепла. На публичных выступлениях он демонстрировал, как электричество вело себя подобно жидкости, буквально как вода. Он показывал также, что во Вселенной правит энтропия: все движется от порядка к хаосу, если для сохранения структуры не поступает энергия извне. Сожгите свечу до основания, и сажа, газы и тепло, выделившиеся при этом, никогда уже не соединятся вновь в целую свечу.
На первый взгляд работа Кельвина может показаться почти эзотерической, но она помогла ему разбогатеть: он применил ее, когда руководил работами по прокладке первых трансатлантических кабелей, обеспечивших телеграфную связь между Европой и Северной Америкой. Иногда, покачиваясь на борту кабельного судна посреди Атлантики, Кельвин задумывался о том, насколько стара или молода наша планета. Кельвин был религиозен, но не мог признать, что Земле всего несколько тысяч лет просто потому, что кто-то решил, что так сказано в Библии. Он считал, что лучше определить верхний предел возраста нашей планеты научными методами – по теплу.
Кельвин знал, что при рытье шахт чем глубже уходит ствол, тем горячее становятся породы вокруг. Кельвин объяснял это тепло тем, что Земля образовалась из миниатюрных неудавшихся планеток и энергия их столкновения создала внутри нее расплавленное ядро (предположение, которое позже подтвердилось). Кельвин считал, что после окончания процесса «сборки» планете неоткуда больше получать тепло, поэтому она будет постепенно остывать, как погасший уголек. Быстрее всего остыла поверхность, тогда как внутренняя часть по сей день остается горячей. Но когда-то в далеком будущем ядро Земли станет таким же холодным, как ее поверхность.
Кельвин и другие физики вывели уравнения, по которым можно точно предсказать скорость остывания объекта, и Кельвин решил применить ее к Земле как единому объекту. Он попытался измерить, с какой скоростью скалы теряют тепло и насколько жарко в самых глубоких шахтах, и оценил по этим данным возраст планеты. В 1862 г. он сделал вывод: Земля остывает не более 100 млн лет.
Первоначальной целью Кельвина было показать, насколько неточна геология по сравнению с физикой. Однако, познакомившись с «Происхождением видов», он решил использовать свои выводы против Дарвина и его теории эволюции. Дарвин, хорошо знакомый с древней геологией Лайеля, полагал, что постепенные изменения в результате естественного отбора могут идти так медленно и так долго, как потребуется, – времени хватит. Но выводы Кельвина сильно ограничивали это время. Сам Кельвин не был фанатичным антиэволюционистом – в принципе, он не стал бы возражать, если бы оказалось, что вся жизнь началась с одного микроба, – но он рассматривал сегодняшнюю жизнь как свидетельство замысла Божия и Его мастерства. Поэтому воспользовался своей оценкой возраста Земли, чтобы одним махом сразить Дарвина.
В попытке защитить Дарвина Гексли пошел на компромисс, хотя вообще-то не был склонен к компромиссам с критиками. Он сказал, что биологи должны принять оценку возраста Земли, данную геологами и физиками, и установить, как могла эволюция все успеть за этот промежуток времени. Если Земле всего 100 млн лет, эволюция может быть очень быстрой. Уоллес пошел еще дальше, предположив, что иногда эволюция может идти гораздо быстрее, чем сегодня. Может быть, при колебаниях наклона земной оси планета испытывает резкие изменения климата, которые подстегивают процесс эволюции.
Дарвина такой вариант не устраивал. «Меня очень беспокоит малый возраст нашего мира по сэру У. Томсону», – писал он в одном из писем. А Кельвин тем временем получал новые данные о температуре планеты и раз за разом пересматривал свою оценку все время в сторону уменьшения. В конце концов, он довел возраст Земли до всего лишь 20 млн лет. И все это время Дарвину оставалось только скрипеть зубами – сделать что-либо в то время было невозможно. Он пытается развивать и конкретизировать свою теорию эволюции, но – «тут, как жуткий призрак, появляется сэр У. Томсон».
часы внутри атома
Свои расчеты возраста Земли Лорд Кельвин основывал на фундаментальном (и, как оказалось, ошибочном) предположении: наша планета не имеет собственного источника тепла. На самом деле такой источник тепла существует, и Кельвин его не учитывал. В 1896 г., через 14 лет после смерти Дарвина, французский физик Анри Беккерель завернул кусок урановой соли и фотопластинку в светонепроницаемый материал. Проявив пластинку, он обнаружил на ней четкие яркие точки. Он понял, что уран испускает какие-то лучи. Еще через семь лет Пьер и Мария Кюри показали, что кусок радия непрерывно излучает тепло.
Беккерель и Кюри установили, что источник этой энергии кроется в фундаментальной структуре атомов. Сами атомы построены из «кирпичиков» трех видов: протонов, нейтронов и электронов. Электроны, несущие отрицательный заряд, носятся вдоль внешней границы атома, а положительно заряженные протоны покоятся в центре. В атоме каждого элемента присутствует уникальное, только для этого элемента характерное число протонов. В атоме водорода – один протон, гелия – два, а углерода – шесть. Кроме протонов, в атомах присутствуют нейтральные частицы – нейтроны. Два атома одного и того же элемента могут содержать разное количество нейтронов. Самая распространенная на Земле форма углерода имеет шесть протонов и шесть нейтронов (это углерод-12), но имеются также следовые количества углерода-13 и углерода-14. Именно такие различные версии атомов, известные как изотопы, позволяют определить геологическое время.
Протоны и нейтроны в атоме немного напоминают горки апельсинов на прилавке с фруктами: в некоторых сочетаниях они абсолютно стабильны, в других – рано или поздно распадаются. Апельсины в горке удерживаются на месте благодаря гравитации, а протоны и нейтроны удерживаются вместе другими силами. При распаде нестабильного изотопа высвобождается порция энергии, а также одна или несколько частиц (все это вместе известно как радиация). Одновременно атом может превратиться в атом другого элемента. Уран-238, к примеру, распадается с высвобождением пары нейтронов и пары протонов и превращается при этом в торий-234. Но торий-234 тоже нестабилен; он превращается в протактиний-234, который также распадается. Возникает цепочка с 13 промежуточными звеньями, пройдя по которой, уран-238 в конце концов становится стабильным свинцом-206.
В какой момент распадется тот или иной атом, точно предсказать невозможно, но в целом атомы подчиняются определенным статистическим законам. В заданный промежуток времени каждый атом распадается с определенной вероятностью. Скажем, в неком булыжнике присутствует миллион радиоактивных изотопов одного из элементов, и данный вид изотопа распадается за год с вероятностью 50 %. После первого года в камне останется 500 000 атомов; из них 50 % распадется за второй год. Останется 250 000. Год за годом половина оставшихся атомов будет распадаться, и наконец примерно через 20 лет этот изотоп в камне полностью сойдет на нет. Для скорости исчезновения изотопа у физиков имеется специальная величина – период полураспада: время, которое требуется для распада половины от любого заданного количества радиоактивного элемента. Уран-238, к примеру, имеет период полураспада 4,47 млрд лет; есть элементы с периодом полураспада в десятки миллиардов лет, но есть и другие, у которых этот параметр составляет лишь несколько минут или секунд.
Законы, управляющие жизнью атомов, не слишком понятны с точки зрения простого здравого смысла, но они работают. Если бы эти законы не работали, наши компьютеры не могли бы перемалывать числа в таком количестве, а атомные бомбы не взрывались бы. Но задолго до изобретения атомной бомбы – всего через несколько лет после работ Беккереля и Кюри – физики поняли, что эти законы помогают вскрыть принципиальную ошибку в рассуждениях Кельвина о юности Земли. Ведь внутри планеты может присутствовать уран и другие радиоактивные элементы, такие как торий и калий; там они могут разлагаться с выделением тепла. Кельвин считал, что Земля молода, так как не успела слишком сильно остыть за время, прошедшее после ее рождения. Но радиоактивность позволяет планете оставаться горячей гораздо дольше!
Провозвестником этих новых веяний стал физик Эрнест Резерфорд. Он разработал многие фундаментальные принципы радиоактивности и показал, что это явление напоминает природную алхимию, поскольку способно превращать один элемент в другой. В 1904 г. он приехал из Монреаля, где преподавал в Университете Макгилла, в Англию, чтобы прочесть доклад о новых открытиях в этой области.
«Я вошел в полутемную комнату и сразу же заметил в аудитории лорда Кельвина – и понял, что мне гарантированы проблемы в последней части доклада, где речь идет о возрасте Земли и где мои взгляды расходятся с его взглядами. К моему облегчению, Кельвин быстро заснул, но когда я дошел до важной части, то увидел, что старый волк выпрямился, приоткрыл один глаз и устремил на меня злобный взгляд! Внезапно на меня накатило вдохновение, и я сказал, что лорд Кельвин определил верхний предел возраста Земли на тот случай, если не будет обнаружено дополнительного источника тепла. Это пророческое заявление касается того, что мы сегодня обсуждаем, радия! И что же! Старик буквально расцвел!»
Может быть, Резерфорд запомнил этот день именно таким, но сам Кельвин никогда публично не признавал ошибочности своих старых оценок. Два года спустя после лондонской лекции Резерфорда он все еще писал письма в лондонскую Times и уверял, что внутри Земли недостаточно радиоактивности, чтобы разогревать ее.
Резерфорд понял, что радиоактивность не только указывает на большой возраст Земли, но и позволяет определить этот возраст. Любой уран, оказавшийся внутри остывающей породы, должен постепенно превращаться в свинец. А поскольку период полураспада урана ученым известен с большой точностью, то, измерив относительное содержание свинца и урана в породе, можно без труда определить ее возраст.
Вскоре при помощи этого метода геологи уже оценивали возраст конкретных горных пород не в миллионы, а в миллиарды лет. Позже ученые придумали способ сделать Резерфордовы часы еще более точными. Вместо того чтобы измерять содержание свинца и урана в какой-то одной точке, стали проводить несколько измерений на разных участках породы. Это позволяло сравнивать те участки породы, где изначально урана было очень мало, с теми, где его было много. Если уран по всей толще минерала разлагался с одинаковой скоростью, все образцы должны указывать один и тот же возраст. Во многих случаях так и происходит.
Геологи научились также измерять время по двум часам одновременно. Помимо урана-238, в некоторых минералах содержится вдобавок уран-235, который при распаде образует другой изотоп свинца – свинец-207. Кроме того, у урана-235 другой период полураспада – всего 704 млн лет. Используя два независимых теста для определения возраста одной и той же породы, геологи часто могут еще больше повысить точность измерения.
Кроме того, можно исключить сомнения по поводу того, не попал ли в породу уран или свинец уже после ее формирования. Так, при образовании некоторых типов горных пород атомы циркония и кислорода объединяются в кристаллическое вещество, известное как циркон. Кристаллы циркона похожи на микроскопические ловушки: любым атомам урана или свинца, оказавшимся внутри циркона, очень трудно убежать оттуда, и к ним практически не проникают извне новые атомы. Поэтому уран в цирконовой клетке медленно распадается без всякого внешнего вмешательства. Геофизики определили возраст скал Акасты в 4,04 млрд лет именно таким способом: путем исследования содержащихся в них цирконовых кристаллов. Они направляли на кристалл поток заряженных частиц и определяли изотопный состав выбиваемой пыли. Благодаря всевозможным тестам и сочетанию различных методов ученые смогли оценить возраст скальных пород с погрешностью всего лишь 12 млн лет. Конечно, для нас 12 млн лет – это уйма времени, но для скал Акасты это означает ошибку в определении возраста менее чем в 0,3 %.
Скалы Акасты – древнейшие известные горные породы на нашей планете, но и они сформировались тогда, когда Земле было уже 500 млн лет. Для определения ее подлинного возраста геологам потребовался дар небес. В 1940-х гг. геологи начали изучать содержание изотопов свинца в метеоритах. Большинство метеоритов представляют собой куски космического хлама, оставшегося со времен образования Солнечной системы. В 1953 г. геолог из Калифорнийского технологического института Клэр Паттерсон измерила содержание свинца и урана в метеорите, оставившем после удара о Землю кратер шириной 1,2 км в Аризоне. Оказалось, что в нем практически не осталось урана, потому что почти все его атомы успели превратиться в свинец. Этот метеорит сформировался на заре Солнечной системы и с тех пор летал вокруг Солнца практически в неизменном виде.
Метеориты и наша планета сформировались из одного и того же изначального вещества, но в результате соотношение различных элементов (в том числе урана и свинца) в каждом из них оказалось различным. Сравнив количество изотопов урана и свинца в земных породах и в метеоритах, таких как метеорит из Аризонского кратера, Паттерсон определила возраст Земли – 4,55 млрд лет.
Почему между рождением Земли и формированием ее самых древних пород лежит промежуток в 500 млн лет? Геологи выяснили – отчасти при помощи методов датирования геологических пород, – что Земля постоянно разрушает собственную кору и создает на ее месте новые породы. Более того, на самом деле кора нашей планеты представляет собой совокупность дрейфующих плит. Магма поднимается из глубин Земли и добавляет новые породы с одного края плиты, а другой край при этом уходит вниз, под соседнюю плиту. По мере погружения в недра планеты породы на этом краю разогреваются и частично плавятся. Любые окаменелости (если таковые встречаются в этих породах) гибнут вместе с ними.
Материки – плавучие острова пород низкой плотности, верхушки подвижных плит. Когда одна литосферная плита уходит под соседнюю плиту, материк не обязательно затягивает вниз вместе с ней. Если породе повезет оказаться в глубине материка, она может остаться наверху и избежать погружения в огненные глубины – вместе с окаменелостями и другими свидетельствами истории жизни на Земле, что в ней содержатся. Скалы Акасты – именно такая геологическая диковинка.
