Занимательная геохимия. Химия земли: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

По древним персидским сказаниям, мир существует всего лишь двенадцать тысяч лет.

Астрологи Вавилона, гадавшие по небесным светилам, находили, что мир очень стар, что ему больше двух миллионов лет. А Библия говорила, что прошло всего шесть тысяч лет с того момента, когда в шесть дней и шесть ночей, по воле Бога, был создан мир.

Проблемой времени в течение многих тысячелетий продолжали заниматься величайшие умы, и на смену древним сказаниям и фантазиям астрологов постепенно стали приходить точные методы определения возраста нашей Земли.

Первым сделал попытку вычислить возраст Земли астроном Галилей в 1715 году, а затем лорд Кельвин, который в 1862 году вычислил возраст Земли, исходя из теории ее охлаждения, и получил казавшуюся тогда грандиозной цифру в сорок миллионов лет.

Потом на смену пришли геологические методы. В Швейцарии, Англии, Швеции, России и Америке геологи стали подсчитывать, сколько же времени потребовалось нашей Земле, чтобы образовать грандиозные толщи осадочных пород, мощность которых свыше ста километров.

Оказалось, что реки каждый год выносят не менее десяти миллионов тонн вещества, смывая его с континентов, так что наши материки теряют каждые 25 тысяч лет слой земли толщиной в среднем один метр. Так, постепенно, изучая деятельность воды и ледников, осадки на земле и в океанах и полосатые ледниковые глины, геологи пришли к выводу, что история земной коры не может уложиться в сорок миллионов лет. В 1899 году английский геофизик Джоли определил возраст нашей Земли в триста миллионов лет.

Но эти вычисления не нравились ни физикам, ни химикам, ни самим геологам.

Разрушение материков шло далеко не так правильно, как думал Джоли. Периоды осадков сменялись бурными взрывами вулканов, землетрясениями, поднятиями горных хребтов. Уже накопившиеся осадки расплавлялись и размывались.

Подсчет Джоли не удовлетворял точных исследователей, которые хотели найти настоящие часы для определения времени прошлого и для определения возраста земной коры.

И вот на смену геологам пришли химики и физики. Ими наконец были найдены часы — часы постоянные, вечные; они не созданы мастером, не имеют пружин, которые приводили бы их в движение; их не нужно заводить. Такими часами оказался разрушающийся атом радиоактивных элементов.

Мы уже видели в предыдущем очерке, что весь мир наполнен разрушающимися атомами, что в незаметном, но великом процессе распадаются атомы урана и тория, радия и полония, актиния и многих десятков других элементов. Это разрушение идет с постоянной скоростью и, как было показано выше, не может быть ускорено или замедлено ни высокими температурами в тысячи градусов, ни самыми низкими температурами, предельно близкими к абсолютному нулю, ни огромными давлениями. Никакие обычные средства не могут изменить этот строгий, неизменный процесс распада некоторых атомов, совершающийся в природе.

Правда, современная техника сумела найти могучие средства, при помощи которых удается разрушать и созидать атомы. Но на Земле этих условий нет, и неизменная скорость распада тяжелых элементов сохраняется миллионы и миллиарды лет.

Всегда и всюду во всем окружающим нас мироздании распадаются атомы урана, радия, тория и одновременно образуются определенные количества атомов газа гелия и устойчивых, безжизненных атомов свинца. Эти два элемента природы — гелий и свинец — создали новые часы. И вот впервые в истории человечества время удалось измерить настоящим мировым стандартом вечного характера!

Какая поразительная и вместе с тем трудная для понимания картина! Несколько сотен различных атомов наполняют мироздание своими сложными электромагнитными системами.

Излучая энергию, они скачками видоизменяются, переходя из одного вида в другой: одни из создающихся вновь систем жизненны и упорно сохраняются — очевидно, для нас не доступна огромная длина периодов их превращения; другие существуют тысячи миллионов лет, медленно излучая энергию, проходя через сложные ряды распада; третьи живут годами, днями, часами; жизнь четвертых измеряется секундами и долями секунды…

Подчиняясь закону преобразования атомных систем, элементы наполняют природу, но время регулирует законы их количественного распространения, время распределяет их по мирозданию, создавая сложность миров нашей земли и космическую жизнь Вселенной.

Медленно, вековечно текут процессы мироздания; умирают быстро разлагающиеся тяжелые атомы, под действием альфа-лучей распадаются другие, создаются третьи, более устойчивые кирпичи мироздания, накапливаются постепенно конечные продукты распада — нерадиоактивные элементы.

Уже установлено преобладание на Солнце элементов, устойчивых против альфа-лучей; земная поверхность на 90 % состоит из элементов с числом электронов, кратным двум или четырем, то есть именно тех, которые наиболее устойчивы против разрушительной деятельности гамма-лучей и космических лучей. Самые устойчивые из них, просто и плотно построенные, составляют наш неорганический мир; менее устойчивые (как калий и рубидий) участвуют в жизненных процессах, своим распадом помогая организмам бороться за жизнь. Быстро распадающиеся (радон, радий) губят эту жизнь, разрушая себя. В одних звездных системах только развивается процесс распада — это довольно зрелая система нашего Солнца, в других — в звездных туманностях — он только начинается, в третьих — в темных угасших телах — уже бесконечно медленно идут затухающие процессы распада. Время определяет состав, природу и сочетания элементов в течение космической истории.

«Часы», измеряющие возраст Земли. Если мы условно примем продолжительность истории Земли от начала древнейшей архейской эры до наших дней за 24 часа и соответственно уменьшим продолжительность всех эр, вычисленную по радиоактивному процессу, то на наших часах докембрий будет продолжаться 17 часов, палеозой — 4 часа, мезозой — 2 часа, кайнозой — 1 час. Человек появляется на арене жизни за пять минут до полуночи

Физики и химики подсчитали, что 1000 г металла урана через 100 миллионов лет дадут 13 г свинца и 2 г гелия.

Через 2000 миллионов, или 2 миллиарда лет, количество свинца уже будет 225 г, то есть четверть всего урана перейдет в свинец. А атомов летучего гелия накопится уже 35 г. Но процесс продолжается, и через 4000 миллионов, или 4 миллиарда, лет свинца накопится почти 400 г, количество гелия достигнет 60 г, а первичного урана останется только половина — 500 г.

Продолжим эти рассуждения: возьмем не 4 миллиарда лет, а сотню миллиардов лет, — тогда почти весь уран распадется и превратится в свинец и гелий. Урана на Земле почти совсем не останется, а вместо него в природе будут рассеяны всюду тяжелые атомы свинца, и атмосфера обогатится запасом газа Солнца — гелия.

И вот, на основе этих данных, геохимики и геофизики за последние годы построили шкалу абсолютного летоисчисления времени геологической эволюции земного шара.

Эти новые часы установили, что возраст нашей планеты, вероятно, превышает 5 тысяч миллионов лет, то есть примерно 5 миллиардов лет должны отделять нас от того момента космической истории, когда образовались планеты нашей солнечной системы и среди них Земля.

Более двух миллиардов лет отделяют нас от появления твердой земной коры — этого второго важнейшего момента в истории Земли, начала ее геологической истории. От зарождения жизни прошло не менее одного миллиарда лет. Примерно за 500 миллионов лет до наших дней положено было начало отложениям знаменитой синей кембрийской глины, встречающейся в окрестностях Ленинграда.

В течение первой эпохи — трех четвертей всей геологической истории Земли — много раз расплавленные массы прорывались из глубин на поверхность и нарушали спокойствие первой, еще тонкой, но твердой пленки Земли. Расплавленные массы выливались на ее поверхность, пропитывали ее своим горячим дыханием и растворами, сгибали и поднимали ее в виде хребтов.

Наши геохимики и геологи сейчас уже наметили самые древние горные хребты Земли (в Карелии — Беломориды, в Канаде — древнейшие граниты штата Манитоба). Возраст этих хребтов около 1 700 000 000 лет[19].

Потом началась длинная история развития органического мира. Примерно за полмиллиарда лет до нашего времени мощные хребты Каледонии поднялись на севере Европы, за 200–300 миллионов лет образовались хребты Урала и Тянь-Шаня; примерно в течение 25–50 миллионов лет шло образование Альпийских гор, затухали последние пароксизмы вулканов Кавказа, поднимались горные вершины Гималаев.

Затем следует доисторическое время: миллион лет отделяет начало ледниковых эпох; 800 тысяч лет — первое появление человека; 25 тысяч лет — конец последней ледниковой эпохи; 10–8 тысяч лет — начало египетской и вавилонской культур.

[19] См. примеч. на с. 74.