Часы планеты

Одним из первых обычно возникает вопрос: как узнают исследователи, когда жили те или иные животные либо растения, остатки которых найдены? Действительно, палеонтологическими и геологическими методами можно установить только так называемый относительный возраст земных слоев. Обычно слои с остатками более примитивных животных или растений древнее слоев с родственными, но более "продвинутыми", как говорят палеонтологи, формами. Но это-то как раз далеко не всегда! Всем известно, например, что в Евразии родственники современных сумчатых Австралии обитали миллионы лет назад. Такие же ситуации, видимо, возникали неоднократно, и эту неравномерность развития родственных форм в разных районах приходится всегда иметь в виду. Применяя геологические методы, обычно исходят из правила: ниже лежащий пласт древнее лежащего выше. Но, во-первых, подчас очень трудно установить, что ниже, а что выше, - неимоверные силы горообразовательных процессов, как мягкую бумагу, сминают в складки толщиной в сотни метров пачки каменных слоев, разрывают их на куски, взгромождают нижние слои на верхние, поднимают и опускают на сотни метров. А во-вторых, как установить, какой слой выше, а какой ниже, если между исследуемыми районами сотни, а то и тысячи километров, да еще отложения очень разного происхождения (например, морские или континентальные)? Очень сложна задача стратиграфов. Потребовались многие десятилетия, примерно с середины XVIII в. до начала XX в., чтобы в целом установить соотношение (корреляцию) различных слоев горных пород в разных районах земного шара, выяснить их последовательность - составить стратиграфическую шкалу (описание слоев). При этом использовали данные всех наук - и геологии, и палеонтологии.

Сначала вся геологическая история Земли была разделена на четыре периода: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Позже выяснилось, что первые два много продолжительнее и сложнее. А третичный и четвертичный периоды оказались изученными сравнительно неплохо, так как их отложения были хорошо представлены на территории Центральной Европы, где в основном и работали в прошлом веке геологи. Да и сохранились они полнее древних, более уничтоженных размывом и горообразовательными процессами. В конце концов всю последовательность отложений разделили на пять групп: архейскую ("древнейшую"); протерозойскую ("первичной жизни"); палеозойскую ("древней жизни"); мезозойскую ("средней жизни"); кайнозойскую ("новой жизни"). Каждая такая группа делится на несколько систем, которые в свою очередь объединяют отделы. Теперь при исследовании какого-либо района геологи устанавливают последовательность обнаруженных отложений и составляют местную, региональную стратиграфическую колонку. Затем различными, иногда очень сложными, методами сопоставляют ее с общей шкалой. Естественно, что для отложения каждого слоя осадочной горной породы необходим определенный промежуток времени. Этот промежуток обычно называют так же, как и образовавшиеся за это время отложения. Отложения крупных подразделений образовались за промежутки времени - эры: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую. Системам соответствуют периоды, отделам - эпохи. Значит, остатки организмов могут быть найдены, например, в слоях нижнего или верхнего мезозоя, а животное существовало соответственно в раннем или позднем мезозое.

Нам придется постоянно пользоваться названиями периодов и систем при рассказе о времени жизни тех или иных растений, или животных, или об отложениях, в которых найдены их остатки. Поэтому обратим особое внимание именно на эти подразделения шкалы. Для периодов самой молодой, кайнозойской эры сохранили старые названия - третичный и четвертичный. Четвертичный период длится до сих пор, а более древний, третичный часто делят на два: палеогеновый - древний и неогеновый - новый. Мезозойскую эру составляют три периода: молодой меловой (названный так по преобладающим меловым породам этого возраста в Англии, где впервые был установлен); юрский (названный по горам Юра в Европе); самый древний, триасовый ("из трех частей"). Палеозойскую эру делят на шесть периодов: пограничный с триасовым - пермский (названный по красноцветным породам окрестностей города Пермь); каменноугольный, или карбон (названный по местонахождениям каменного угля); девонский (его отложения впервые изучены в графстве Девоншир в Англии); силурийский (названный по древнему племени силуров, жившему некогда на полуострове Уэллс); ордовикский (тоже названный по имени древнего племени); самый древний - кембрийский (названный по Кембрийским горам полуострова Уэллс). Эти три эры сейчас ученые нередко объединяют под общим названием "фанерозой". В более древних отложениях остатки организмов чрезвычайно редки и приурочены к древним эрам, названным протерозой и архей. Изучение остатков живых организмов в еще более древних отложениях сейчас только начинается. Очень важно для хорошего понимания дальнейшего твердо запомнить названия периодов. Повторим их в обратном порядке, от самых древних к самым молодым, называя сокращенно, как это обычно делают геологи: кембрий, ордовик, силур, девон, карбон, пермь - протерозой; триас, юра, мел - мезозой; третичный, четвертичный - кайнозой. Выяснив возраст слоев относительно друг друга, крайне интересно узнать, когда, сколько лет назад образовался слой, когда жили те животные или растения, остатки которых обнаружены в слоях. Оказывается, узнать это тоже можно, применяя сложнейшие физические методы. При распаде ядер тяжелых элементов в глубинах Земли образуются легкие радиоактивные элементы, в составе магматических расплавов поднимающиеся на земную поверхность. Здесь каменные расплавы остывают, из них кристаллизуются минералы, образуя горные породы. И тотчас же начинается распад радиоактивных элементов, входящих в состав минералов, образуются стабильные атомы. Значит, зная время распада радиоактивных и "выход" при этом нерадиоактивных элементов, можно по их концентрации определить время начала застывания каменного расплава. Чаще всего такие измерения делают для радиоактивного изотопа калия, измеряя количество образовавшегося при распаде инертного газа аргона. Этот метод называют калий-аргоновым. Период, за который остается лишь половина исходного количества радиоактивного калия - 12000 млн. лет, достаточно хорош только для древних пород. Он неприменим для самых интересных для нас осадочных пород, в состав которых входят обычно минералы, давно образовавшиеся. Так что возраст осадочных пород можно определять косвенно, сравнивая с окружающими изверженными, например с возрастом лавы, излившейся из жерла древнего вулкана и перекрывшей только образовавшиеся осадочные отложения. Если очень повезет, в такой лаве можно даже найти отпечатки сгоревших ракушек или листьев растений. Вот тут можно достаточно точно определить возраст лежащего под лавой осадочного слоя. На основании возрастных анализов создана единая шкала времени для фанерозоя. Разработка шкалы продолжается, цифры возрастов уточняются, и мы будем пользоваться пока средними величинами, принятыми отечественными геологами.

Самые древние породы, возраст которых пока определен на Земле, насчитывают 4,5 млрд. лет. Для недавних, с точки зрения истории Земли, событий возраст определяют другими точными методами, например по распаду радиоактивного изотопа углерода. Этот изотоп поступает в живой организм при жизни; после гибели организма поступление изотопа углерода прекращается, начинается распад уже имеющегося. Зная период полураспада - 5730 лет - можно по концентрации оставшегося изотопа углерода рассчитать точный возраст. Но для древних пород этот метод неприменим. Если возраст остатка организма более 40 тыс. лет, то в нем уже почти отсутствует радиоактивный углерод. Самое главное, что метод позволяет определить непосредственно время образования древнего болота, гибели животного, возраст уголька из костра первобытного человека. Как бы облегчилась работа палеонтологов и стратиграфов (изучающих древние слои земной коры), если бы можно было сразу и точно определять время образования любого, даже древнего, пласта! Но разработка таких методов - дело будущего.

Если посмотреть на геологическую карту, где обозначены выходы на поверхность Земли слоев разных времен, то прежде всего поразит пестрая раскраска карты. Разноцветными пятнами покрыта вся поверхность суши, а на специальных картах - дно морей и океанов. Нетрудно догадаться, что разными цветами обозначены слои разного времени, при этом отложения каждого периода окрашены в строго определенный, условно принятый для всех геологических карт в мире цвет. Например, меловые отложения обозначают зеленым цветом, причем нижнемеловые - темно-зеленым, а верхнемеловые - светло-зеленым; пермские - фиолетовым, и опять более древние - темнее. В ярко-красный цвет окрашены выходы очень древних (дофанерозойских) пород.