Происхождение жизни - Руттен М.
Скачать (прямая ссылка):
Поиски истоков жизни непременно уведут нас в эту раннюю геологическую историю. Но сейчас позвольте мне еще раз подчеркнуть, что чаще всего в геологии применяется определение относительного возраста. Оно указывает, например, что пласты мезозоя моложе пластов палеозоя. Любое утверждение типа «мезозой начался столько-то миллионов лет назад» есть результат абсолютной датировки.
1 Впрочем, при изучении позднего докембрия можно использовать так называемые строматолиты — отложения, образованные водорослями. Подробнее об этом см. в гл. XII, разд. 5.
5. ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ВОЗРАСТ ОСАДОЧНЫХ
И ИЗВЕРЖЕННЫХ ПОРОД
Конечно, методы определения относительного возраста применимы только к осадочным породам. Изверженные породы, образовавшиеся в земной коре из постепенно остывшей и кристаллизовавшейся магмы, не подчиняются принципу суперпозиции. Жидкая магма часто прорывает кору, и тем самым нарушается закон суперпозиции. Даже в том случае, когда магма, излившаяся из вулкана, застывает, как положено по этому закону, над слоями отложений, она все равно не содержит остатков организмов, а без них нельзя воспользоваться принципом органической эволюции. Таким образом, в обычной геологической шкале времени возраст изверженных пород является дважды относительным. Он относителен по отношению к также относительному возрасту осадочных пород. Вот каким образом удается найти место изверженных пород на шкале времени. Изверженные породы, естественно, всегда моложе тех осадочных пластов, которые ими прорваны. В то же время они древнее тех отложений, которые их покрывают. Позже мы увидим, что применение методов абсолютного датирования ставит эту ситуацию «с ног на голову», т. е. возраст осадочных пород определяется по отношению к изверженным (фиг. 8).
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ВОЗРАСТА
Методы абсолютной датировки позволяют измерять непосредственно возраст пород, т. е. время, прошедшее с момента их образования. Обычно оно выражается в миллионах (106) или миллиардах (109) лет. Два упомянутых в первом разделе этой главы метода позволяют углубиться в прошлое на 3000 и на 20 000 лет:
Единственный метод, пригодный для более древних пород, основан на радиоактивных часах. В нем используется распад радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах.
Абсолютная датировка — лишь одно из очень многих направлений в науке, использующих наличие в природе стабильных и нестабильных разновидностей одного и того же элемента, называемых изотопами [3, 8]. Изотопная геология решает и многие другие проблемы. Одно из самых блестящих ее достижений — палеотем-пературный метод Юри, основанный на определении содержания стабильных изотопов кислорода в известковых раковинах. Полный обзор методов и перспектив изотопной геологии, а также список элементов, имеющих естественные изотопы, можно найти у Ран-камы [13, 14].
В изотопной геологии используются и стабильные, и нестабильные изотопы. Но при определении абсолютного возраста, основанном на скорости распада некоторых элементов или изотопов, используются только нестабильные изотопы.
7. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ; РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ
Все тяжелые элементы неустойчивы. Нестабильны и некоторые изотопы легких элементов. Если они встречаются в природе и сейчас, то лишь потому, что распадаются они чрезвычайно медленно. В сравнении со временем их распада возраст горных пород и даже возраст Земли невелик. Имеющиеся сейчас количества этих изотопов — остаток того запаса, который был на молодой Земле.
Атом радиоактивного изотопа распадается в результате спонтанного процесса, идущего в ядре. Момент, когда данный атом распадется, непредсказуем. Но если имеется большое число таких атомов, в игру вступают статистические законы, которым подчиняется процесс распада этого изотопа. Вероятность того, что определенная доля данного количества атомов радиоактивного изотопа распадется за определенное время, постоянна для каждого изотопа. Она не зависит от того, сколько атомов мы взяли. Но у каждого изотопа она другая. Зная эту вероятность, мы можем предсказать, как будет уменьшаться со временем количество нестабильного изотопа.
Так как распад отдельных атомов — случайный процесс, то скорость распада некоего количества радиоактивного изотопа пропорциональна числу исходных атомов. Коэффициент пропорциональности, характерный для данного изотопа, называется постоянной распада [15].
Скорость распада радиоактивного изотопа для удобства можно выразить через так называемый период полураспада. Это время, за которое любое исходное количество атомов уменьшится в результате распада вдвое. Постоянная распада % и период полураспада Т связаны формулой
V 1 Пгр гр 0,693
к = In 2Т, или Т —---------’
X
Понятно, что для сравнения скорости распада разных изотопов мы не можем пользоваться периодом полного распада: он, по крайней мере теоретически, одинаков для всех изотопов и равен бесконечности. Распад радиоактивных изотопов — это так называемый экспоненциальный процесс. Пусть мы имеем некоторое количество изотопа, равное а. За время, равное периоду полураспада, распадается половина этого количества, —, за следующий период по-
