Геологические интервалы времени

Один из методов оценки времени связан с определением скорости накопления отложений. Так, в Испании была открыта пещера, которая в течение долгого времени служила обиталищем то для людей, то для зверей. Они жили в ней, умирали, а земля, слой за слоем, прикрывала их останки. В общей сложности в этой пещере образовались отложения мощностью 13,5 м, состоящие из многих слоев. В верхнем слое на небольшой глубине были обнаружены треугольные кинжалы из бронзы, в следующем слое — кости северного оленя и изготовленные из кости резцы, далее — каменные ножи и сверла, затем — кости носорога и пещерного медведя, а на самом дне пещеры были найдены грубо выделанные каменные топоры и скребки. Была подсчитана скорость осадконакопления и сопоставлена с данными, полученными другими методами. Это позволило подробно изучить историю пещеры приблизительно за 50 тыс. лет.

Из других методов изучения длительных процессов особый интерес представляет оценка возраста горных сооружений. Пусть гора возвышается примерно на 2000 м и в основании имеет около 2000 м. Простой расчет объема такого гигантского конуса показывает, что он состоит примерно из 2· 10⁹ м³ горной породы. Дождь, лед и ветер и т. п. постепенно разрушают горы. В среднем от каждого 1 м² породы в год отламывается обломок объемом несколько кубических сантиметров. Следовательно, за один год со всей горы осыплется примерно 10³ м³ породы. Через миллион лет половина горы должна разрушиться. Так как при этом склоны станут менее крутыми, то скорость разрушения снизится и жизнь горы будет длиться несколько миллионов лет.

Скорость разрушения континентов можно рассчитать, проанализировав количество наносов (измельченной горной породы, песка и почвы), которое выносится реками в моря. Можно измерить количество наносов, увлекаемое дождями и переносимое реками в моря за год. Если равномерно распределить это количество по всей площади, с которой его собирает вода, текущая в реках, то получится слой толщиной около 1/300 см. За миллион лет это даст слой толщиной 30 м. Поскольку уносимая реками порода не поступает равномерно отовсюду, а только с тех участков, где есть уклон, то за миллион лет должны быть уничтожены неровности земной поверхности высотой много сотен метров. Следовательно, горы и холмы могли быть разрушены за несколько десятков миллионов лет, но этого не произошло из-за влияния внутренних (эндогенных) сил на формирование земной поверхности.

Возможность отсчета времени дают методы измерения времени по годичным кольцам деревьев (эта шкала времени простирается до нескольких тысяч лет); по отложениям ленточных глин, песка, солей; по изменениям намагниченности горных пород и т. д.; по смене различных форм жизни. Последний метод основан на том факте, что на протяжении тысячелетий и миллионов лет одни виды растений и животных сменяли другие. Большинство из них, пережив период расцвета и широкого распространения, погибало и уступало место другим. Изучив последовательность, в которой происходила смена одних видов другими, и оценив продолжительность существования каждого из них, можно составить шкалу времени. Такие «часы» основаны на сопоставлении различных событий между собой и, следовательно, показывают относительное время.

В начале XX в. для отсчета больших промежутков времени были разработаны «радиоактивные часы», которые позволяют определять с приемлемой точностью абсолютный возраст различных объектов — археологических находок, горных пород и др. — в отличие от методов относительной хронологии, когда возраст объекта определяется из сопоставления его с возрастом других объектов, например остатков спор и пыльцы растений, раковин различных типов и т. д.

" Радиоактивными часами" называют группу методов, в которых явление радиоактивного распада ядер различных изотопов используется для определения больших промежутков времени. Исследования радиоактивных веществ показали, что скорость их распада постоянна, например период полураспада висмута-212 равен 60,5 мин, урана-238 — 4,5 млрд лет, а углерода-14 — 5730 годам. Поэтому процесс радиоактивного распада может быть использован для отсчета промежутков времени, причем для измерения интервалов времени имеется достаточно широкий выбор изотопов.

Принцип измерения больших промежутков времени с помощью радиоактивных часов очень прост и в какой-то мере подобен принципу работы огненных часов, широко использовавшихся в Древнем Китае. В огненных часах специальным образом приготовленная палочка горит с постоянной и заранее известной скоростью. Зная ее начальную длину, скорость сгорания и измерив длину несгоревшей части, можно определить, сколько времени прошло от того момента, когда палочка была зажжена. Конечно, аналогия не полная, однако принцип «радиоактивных часов» именно таков.

С их помощью был установлен возраст старейших горных пород, найденных на Земле, — 3,8 млрд лет. Очевидно, что сама Земля старше, но из-за неоднократного преобразования земной поверхности нельзя найти более старые горные породы. Результаты изучения содержания радиоактивных веществ и продуктов их распада в первичном метеоритном материале позволили сделать заключение, что Земля существует около 4,6 млрд лет. Старейшие следы жизни насчитывают более 1 млрд лет — тогда существовали примитивные бактерии. Водоросли и губки имеют возраст около 600 млн лет. Обнаружены окаменелости рыб и моллюсков, живших 300 млн лет назад. Пресмыкающиеся появились примерно 275 млн лет назад. Им предшествовало появление около 400 млн лет назад деревьев и цветов. Млекопитающие развились только 150 млн лет назад, а человеческая линия эволюции выделилась около 5 млн лет назад.