долго. Миллион лет на геологической шкале времени – малое число, а человеческий опыт вообще мимолетен – опыт всего человечества, а не одна жизнь. Лишь изредка эти две шкалы времени совпадают.

Элдридж Мурс. Из книги Джона Макфи «Собирая Калифорнию»

Возможно, несколько нескромно спрашивать возраст у нашей Матери-Земли, однако наука не признаёт стыда и время от времени смело пытается вырвать у нее тайну, которая, как известно, хорошо охраняется.

Артур Холмс. Возраст Земли

Тупик

Джеймс Хаттон писал, что мы не находим у Земли «следов начала», а после того как в 1830 г. из печати вышел первый том «Основных начал геологии» Чарльза Лайеля, почти все геологи согласились с тем, что Земля чрезвычайно стара. Но насколько стара? Какое число мы можем предложить для возраста Земли?

Проблема была сложной, однако она не обескураживала ученых, которые пробовали всевозможные изобретательные решения. Самый распространенный метод заключался в том, чтобы сложить максимальную толщину всех осадочных пород на Земле, вычислить, сколько времени потребовалось бы для отложения этих слоев, и получить оценку для минимального возраста. Например, собираем данные о максимальной мощности кембрия по всей Земле, максимальной мощности ордовика и так далее, а затем оцениваем, как долго мог длиться кембрий или ордовик, если взять типичную скорость накопления отложений. Большинство таких оценок дают примерно 100 млн лет, что, как мы теперь знаем, отличается от реальности почти в 50 раз. Почему? Применявшие все эти ранние методы пользовались в расчетах ложными исходными предположениями. Важнее всего было то, что они не учитывали эрозионные перерывы в геологической летописи, известные как несогласия, когда породы, представляющие какой-либо временной интервал, просто отсутствуют. Более поздние исследования показали, что в геологической летописи полно такого рода лакун и действительно «пробелов больше, чем записей». Некоторые геологи в ту пору уже подозревали, что подобные несоответствия могут представлять определенную проблему, но никто не мог знать, насколько серьезной она оказалась.

Затем появилась знаменитая оценка ирландского физика Джона Джоли. Он попытался рассчитать, сколько времени потребуется океанам, чтобы перейти от пресного состояния к их нынешнему уровню солености, если известна скорость, с которой соль попадает в океаны из рек мира. Он тоже получил величину 80–100 млн лет, отличающуюся от истинной более чем в 50 раз. Что же пошло не так? Проблема снова заключалась в ошибочных предположениях: Джоли исходил из того, что океаны постоянно накапливали соль с момента своего образования. Однако на самом деле содержание соли в океанах не особо меняется с течением времени, потому что основная ее часть блокируется в соляных отложениях в земной коре; в результате поддерживается равновесие, и количество соли в морской воде остается весьма стабильным.

Самую известную и авторитетную оценку предложил прославленный физик Уильям Томсон (позднее получивший титул лорда Кельвина). Он сделал значительные открытия в области физики, а именно в термодинамике. Температурная шкала Кельвина названа в его честь: он впервые ввел понятие абсолютного нуля температуры (теперь обозначается как 0 K). Кстати, единица измерения температуры в этой шкале называется «кельвин», а не «градус Кельвина», поэтому рядом с буквой K не ставится значок градуса. Он также был выдающимся изобретателем и помог создать систему трансатлантических кабелей, которая обеспечила телеграфную, а затем и телефонную связь между Европой и Северной Америкой. В общем, он выделялся среди ученых своего времени, и мало кто осмеливался с ним не соглашаться.

В 1862 г. Кельвин занялся вопросом возраста Земли, используя методы термодинамики. Он предположил, что Земля начиналась как расплавленный шар с той же температурой, что и Солнце, и что она охлаждалась с определенной скоростью, которую можно измерить по теплу, идущему из земных недр. С помощью этого метода он вычислил, что Земле всего 20 млн лет, и эта величина оказалась намного меньше, чем та, которую было готово принять большинство геологов. Такой небольшой возраст стал проблемой и для Чарльза Дарвина, который понимал: для того чтобы его недавно предложенная концепция эволюции работала, Земля должна быть очень старой. Оценка Кельвина, казалось, не давала достаточного срока.

До конца XIX в. физики и геологи находились в тупике. Ни одна из сторон не могла понять аргументы другой или увидеть изъяны в собственных расчетах. К концу века геологи начали уступать и подгонять свои результаты, сдвигаясь от первоначальных значений 80–100 млн лет до чисел, близких к кельвиновским 20 млн лет. Физике тогда завидовали столь же сильно, как и сейчас! Однако у оценки Кельвина была та же проблема, что и у других: ошибочные предпосылки. Кельвин рассчитал охлаждение Земли, предположив, что планета пользовалась только тем теплом, которое получила при возникновении Солнечной системы, и никаких других источников тепла у нее не было. Сейчас мы знаем, что это не так: Земля действительно имеет дополнительный источник тепла.

Она радиоактивна!

В 1896 г. французский ученый Анри Беккерель открыл радиоактивность, а в 1903-м Мария и Пьер Кюри показали, что радиоактивные материалы (например, радий) выделяют много тепла. В то время главным авторитетом Англии по отношению к этому новому источнику энергии был Эрнест Резерфорд, физик родом из Новой Зеландии. В 1904 г. он собирался выступить в Королевском институте Великобритании с рассказом о своем новом открытии и вдруг понял, что в аудитории находится 80-летний лорд Кельвин. Молодой ученый намерился оспорить оценку возраста Земли, сделанную самым известным в мире физиком! Позже Резерфорд вспоминал:

Я вошел в полутемное помещение, быстро заметил в аудитории лорда Кельвина и понял, что меня ждут неприятности в последней части выступления, посвященной возрасту Земли, – там, где моя точка зрения расходилась с его взглядами… К моему облегчению, Кельвин вскоре уснул, но когда я дошел до важного момента, увидел, как опытный старикан приподнялся, открыл глаза и посмотрел на меня недобрым взглядом. Внезапно на меня снизошло вдохновение, и я сказал, что лорд Кельвин ограничил возраст Земли при условии, что не будет открыт новый источник [тепла]. Это пророческое высказывание относилось к тому, о чем мы сейчас говорим – к радию! Смотрите! Старик засиял, глядя на меня[30].

Оценка Кельвина базировалась на ошибочном предположении, что у планеты нет других источников тепла, кроме его первоначального запаса, содержащегося в расплавленной массе; в результате Земля должна остывать не долее чем 20 млн лет. Однако радиоактивность как раз и обеспечивает дополнительную энергию. В действительности она дает так много энергии, что сейчас это единственный источник измеряемого тепла из недр Земли. Первоначальное тепло, выделившееся при охлаждении Земли, как считал Кельвин, рассеялось миллиарды лет назад – возможно, в течение 20 млн лет после образования нашей планеты 4,6 млрд лет назад.

Геологическое время

Беккерель, Кюри и Резерфорд положили начало