из азота. Под ударами космических лучей разрушаются ядра некоторых элементов. Осколки ядер — нейтроны и протоны. Нейтроны, попадая в ядра азота, превращают их в ядра углерода-14.
В атмосфере весь углерод вовлекается в химические реакции. В большом количестве он поглощается и выделяется живыми организмами. Часть углерода захороняется в осадках, погружается в землю (например, вместе с остатками растений). Теперь это — часы. Количество углерода-14 в них будет убывать по закону радиоактивного распада.
В растениях, оставшихся на поверхности Земли, количество этого изотопа по-прежнему будет постоянным. Потому что здесь углерод все время обновляется под действием нейтронов (под землю они не проникают).
Значит, если мы сравним содержание углерода-14 в погребной древесине и в ныне живущих деревьях, можем узнать, как долго пролежала древесина в земле. Чем дольше, тем меньше в ней будет содержаться углерода-14.
Такой метод дает неплохие результаты, когда измеряемый отрезок времени несколько тысячелетий. Потому что период полураспада изотопа пять тысяч семьсот лет. Выходит, «часы» эти с довольно быстрым «ходом».
Историкам известны даты некоторых событий, происшедших несколько тысячелетий назад. Например, дата смерти египетского фараона Сезостриса III. Найдено было похоронное судно фараона. Кусок его палубы исследовали на содержание изотопа-14. Получился возраст 3700±400 лет, согласующийся с данными историков.
Неоднократные проверки такого рода убедительно доказали точность и надежность этих «радиоактивных часов». Единственный их недостаток — невозможность без грубых ошибок измерять возрасты более сорока тысячелетий. Слишком уж мало тогда остается в образце углерода-14.
Большое преимущество этих «часов»: углерод содержится в веществах, связанных с деятельностью живых организмов и технической деятельностью людей (в торфе, раковинах, древесине, костях, угле, деревянных и костяных орудиях). Благодаря этим часам удалось проследить как бы в едином потоке времени историю последнего великого оледенения Земли, закончившегося около десяти тысяч лет назад.
Особенно популярны радиоуглеродные измерения в Америке. С их помощью хорошо изучены этапы последнего висконсинского оледенения. Например, возраст обломка ели в морене южной Дакоты (глубина 8 м) — двенадцать тысяч лет; раковин моллюсков в предледниковой толще песков — около сорока тысяч лет.
Геофизикам известны еще некоторые «радиоактивные часы», пригодные для четвертичников. Период полураспада урана-234 — двести пятьдесят тысяч лет, а тория-230 — семьдесят пять тысяч лет. Прекрасные часы! Одна беда: слишком редки эти элементы.
Температура исчезнувших морей
Радиогеологи изобрели не только необычайные часы, но и необычайные градусники. Ими можно измерять температуру морей и океанов… бывшую тысячи и миллионы лет назад! Даже температуру тех морей и лиманов, которых и в помине нет. Снова помогли ученым изотопы.
Живые организмы различают изотопы: кислород-18 и кислород-16. Почему и как — неясно. Но различают.
В любом организме отношения кислорода-18 к кислороду-16 постоянно. Его можно определить, используя, например, раковины, содержащие известь.
Еще более удивительный факт: содержание изотопов в морских организмах зависит от температуры воды. Чем холоднее вода, тем охотнее живые существа усваивают кислород-18.
Температура океана (средняя линия — 25 градусов) за последние 300 тысяч лет (сверху вниз — от современности в прошлое).
Если температура воды падает на один градус Цельсия, то в раковинах начинает накапливаться на две сотых процента больше кислорода-18, чем кислорода-16. Измерив содержание в раковине двух этих изотопов, можно судить о былой температуре воды, в которой раковина жила.
Геологи пробурили с корабля скважины в морском дне Атлантики. Здесь в осадках много раковин. В них измеряли отношение изотопов. Оказалось, что в северной части океана обогащение кислородом-18 достигло одной десятой доли процента. Значит, температура воды в Северной Атлантике некогда снижалась на шесть — восемь градусов.
Исследования были продолжены и расширены. Теперь определялось в образцах со дна моря не только отношение изотопов кислорода («геологический термометр»), но и содержание углерода-14 («геологические часы»). Удалось выяснить, как колебалась температура атлантических вод за последние десятки тысячелетий.
В общем, эти данные совпадали с материалами, накопленными при изучении суши. Оледенения, конечно, существенно влияли на температуру воды в океане. Во время оледенений она заметно падала.
Казалось бы, прекрасное согласие данных двух независимых исследований.
Что может быть лучше?
Но тут снова подали свой голос научные «скептики» и «перестраховщики». В нашей обыденной жизни мы недолюбливаем таких людей.
Однако научные скептики не позволяют успокоиться на достигнутом, а научные перестраховщики заставляют постоянно контролировать и уточнять результаты исследований.
Великие ледники требовали огромного количества пресной воды. А она попадает в атмосферу из гидросферы. Чем больше накапливается льда на суше, тем меньше воды остается в океане. Выпаривание и потеря воды, переходящей в лед, должны приводить к увеличению общей солености океана на три процента, а плотности — на два процента.
Если изменялась не только температура, но вдобавок соленость и плотность океанических вод, это могло заметно повлиять на жизнедеятельность раковин. Значит, не следует полагаться на точность геологических термометров.
Был высказан и другой довод. Американский специалист по изотопным методам У. Брёкер указал на некоторое несоответствие показаний «геологических термометров» с данными, полученными другими методами.
«Отступание ледниковых покровов и последовательность пыльцевых спектров в прилегающих областях свидетельствуют, что конец последнего ледникового периода характеризовался значительными колебаниями климата, тогда как океанические данные лишь однозначно указывают на довольно резкий переход от холода к теплу».
Действительно, благодаря достаточно точной датировке некоторых событий выяснилось, что уровень Мирового океана испытывал за последние двадцать тысяч лет значительные колебания на фоне общего поднятия. Об этом, в частности, свидетельствуют ступени океанических террас.
Колебания были вызваны, скорее всего, изменениями ледниковых покровов (об этих изменениях говорят, например, гряды конечных морен). Когда покровы сокращались, уровень воды в океанах повышался за счет теплых вод. При некотором увеличении ледников океан чуточку «мелел».
Но разве обязательно должна столь же заметно колебаться температура океанических вод? Правда, если оледенения были вызваны ослаблением излучения Солнца и общим похолоданием на Земле, то и океаны должны были бы реагировать достаточно чутко на пульсацию светила. Хотя и в этом случае океан имеет «приспособления» для поддержания устойчивости температуры воды.
При понижении уровня океана осушаются огромные территории прибрежных мелей и шельфов. С уменьшением общей площади океана уменьшаются и потери тепла, расходуемого на испарение. Ведь при испарении вода сильно охлаждается. Величина испарения зависит от площади водной поверхности, от температуры и солености воды, от температуры воздуха. Все эти показатели при общем охлаждении Земли изменяются так, что потери на испарение уменьшаются.
Вода лучше удерживает тепло, чем суша и тем более атмосферный воздух. Частые перемены температуры воздуха сопровождаются более плавными, сглаженными колебаниями температуры земной поверхности, а вода на эти изменения реагирует еще более замедленно.
Выходит, на великие
