Хронологія далекого минулого

Олександр Марков, доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Палеонтологічного інституту РАН

Я захоплююся геологічним, особливо стратиграфічні генієм.

В неймовірно складному переплетенні гірських порід, в незліченних і різноманітних нашаруваннях, розібратися у часовій послідовності їх, створити найдокладнішу шкалу, і все це - не маючи навіть подоби зовнішніх годин ...

С. В. Мейен, «Час без годин, або Схвальне слово творцям геохронології»

В науково-популярних статтях з археології, геології, палеонтології, еволюційної біології та інших дисциплін, так чи інакше пов'язаних з реконструкціями подій далекого минулого, раз у раз зустрічаються абсолютні датування: щось відбулося 10 тисяч років тому, что-то 10 мільйонів, а щось - 4 мільярди років тому. Звідки беруться ці цифри?

Зрозуміти це не так-то просто, причому не тільки непосвяченому читача, а часом і фахівця. Більш того, більшості геологів і палеонтологів, як не дивно, абсолютні датування не дуже-то й потрібні. У серйозних наукових статтях з палеонтології точні дати в тисячах і мільйонах років зустрічаються на порядок (а то й на два) рідше, ніж в популярних переказах. Неспеціалісту абсолютні цифри говорять більше, ніж назви періодів і епох геохронологічної шкали. Фахівцю - рівно навпаки.

Запитайте у палеонтолога, роздивляється в бінокуляр закам'янілу черепашку: коли жив цей молюск? Ви напевно почуєте у відповідь щось на кшталт «верхня крейда, низи сантонского ярусу ».

Спробуйте попросити роз'яснень: «А це скільки років тому?» Головне, уважно стежте за реакцією. У кращому разі на вас подивляться, як на «Ще-одного-ідіота-нічого-не-розуміє-в-палеонтології-і--який заважає працювати».

Можна провести і інший експеримент, якщо вже у вас під рукою є відповідний для таких дослідів об'єкт - живий палеонтолог. Розкажіть йому, що недавно прочитали на сайті «Елементи» про гігантських Евриптериди, що плазують по землі 330 мільйонів років тому. Результат, швидше за все, буде приблизно такий. «Це, отже, коли? »- запитає палеонтолог, ставлячи вас в повний глухий кут і змушуючи засумніватися в осудності піддослідного. Ясно ж було сказано: 330 мільйонів років ... «Це мені ні про що не говорить, - скаже палеонтолог. - Якого року замітка, 2005-го? Значить, потрібна остання версія шкали ». Порившись в паперах, вчений витягне на світ божий свіжу Геохронологічна шкалу (або знайде її на сайті Міжнародній статіграфіческой комісії) і, глянувши, скаже з полегшенням: «А, тепер ясно. Це ранній карбон, Візейська століття. Так би відразу і сказали ».

Як же пояснити таке дивне зневага до абсолютних датуваннями у фахівців, для яких геологічний час і хронологія подій далекого минулого - безпосередні об'єкти вивчення? Вся справа в тому, що відносна датування в геології має набагато більш давню історію, і, головне, воно набагато надійніше і точніше абсолютного.

Відносна геохронологія

Стратиграфія - Наука, що вивчає послідовність шарів земної кори - розвивається вже більше 200 років. За цей час проведений колосальний обсяг роботи, суть якої полягає в двох основних діях.

Перше дію - розчленовування, тобто виділення та опис шарів, що залягають у певній послідовності в даній місцевості або навіть в одній лише точці. Наприклад, послідовність шарів може бути добре видно на крутому гірському схилі, прибережному обриві або в керна, витягнутої з пробуреної свердловини. Апріорі вважається, що нижні шари утворилися раніше верхніх, і ті події (геологічні або біологічні), сліди яких збереглися в цих шарах, відповідно, відбулися раніше. Цей принцип, який називається «принципом суперпозиції », сформулював датський натураліст Ніколаус Стенон більше 300 років тому. Він справедливий для порід, що знаходяться в непорушеному стані. Іноді через тектонічних процесів земні шари утворюють складки; при цьому де-не-де шари можуть перекинутися на бік або навіть перевернутися «з ніг на голову», так що давніші виявляються зверху. Креаціоністи (люди, що заперечують еволюцію життя на Землі і наполягають на біблійної версії творіння за шість днів), дуже люблять наводити ці вкрай рідкісні випадки перевернутого залягання в якості аргументу проти достовірності стратиграфії в цілому. Подібні заяви у фахівців можуть викликати хіба що посмішку. Досить простежити залягання відповідних шарів на певній площі, щоб з'ясувати причину аномалії (розмір і форму відповідної складки).

Друге дію - кореляція, тобто встановлення відповідності між шарами, описаними в різних районах Землі. Це дуже складне завдання, і далеко не завжди її вдається швидко і однозначно вирішити. Головними помічниками стратиграфії у цій нелегкій справі є копалини залишки древніх організмів. Ідентичні (або хоча б схожі) комплекси викопних тварин, рослин і простих у двох віддалених місцезнаходження - вагомий аргумент на користь одновіковим відповідних шарів. Звичайно, на ділі все набагато складніше. Подібні флори і фауни можуть сформуватися не одночасно в різних місцях просто через те, що там в різний час склалися відповідні умови середовища. Якісь види організмів можуть з'явитися (або вимерти) в одному регіоні раніше, ніж в інших. Палеонтологи та стратиграфії мужньо борються з усіма цими труднощами, детально розбираючись з кожною конкретною ситуацією - в цьому, власне, і полягає їх основна робота. Поступово викристалізовується список так званих «керівних форм» - це групи давніх організмів, що дають самі надійні датування для тих чи інших відкладень. Наприклад, для мезозойських відкладень важливою керівної групою є амоніти, для середнього кембрію - дрібні сліпі трилобіти-агностіди, і т. д. «Керівні форми» повинні задовольняти кільком вимогам, з яких можна виділити два головних:

-- глобальна (або хоча б дуже широка) поширеність - інакше не вдасться скорреліровать шари з віддалених регіонів;

-- швидка еволюція (від організмів, не змінюються протягом десятків мільйонів років, стратиграфії немає ніякого толку).

Бажано також, щоб представники даної групи зустрічалися у відкладеннях різних типів. Наприклад, як скорреліровать морські і континентальні відкладення, якщо в море жили одні види тварин і рослин, а на суші, природно, зовсім інші? На допомогу приходять пилок і спори рослин: вони добре зберігаються в викопному стані, а головне, їх носить вітром, і тому вони зустрічаються як у морських, так і континентальних відкладах. Спори-пилкової аналіз - один з найбільш ефективних палеонтологічних методів датування древніх осадових порід.

Крім палеонтологічних даних, стратиграфії використовують для кореляції шарів і маркери небіологічних природи. Зручним маркером може служити, наприклад, прошарок вулканічного попелу, що утворилася в результаті виверження, або тонкий уславився з підвищеною концентрацією рідкісного елемента іридію, який може утворитися в результаті падіння та вибуху великого метеорита, в якому зміст іридію було набагато вище, ніж в земній корі. Для встановлення одновіковим шарів у двох сусідніх геологічних розрізах часом буває досить ідентичності літологічних характеристик (колір, структура, склад породи і т. п.).

Серед численних труднощів, з якими доводиться стикатися палеонтологам і стратиграфії, можна згадати проблему перепоховання (перевідкладеного) більше стародавніх копалин у молодих породах. Розбивають хвилі прибережну скелю, складену стародавніми осадовими породами, і яка-небудь доісторична затверділа мушля, вимита з цієї скелі, змішується з сучасними черепашками на морському дні. А потім все це «спільнота» може фоссілізіроваться і потрапити в палеонтологічні літопис, щоб бентежити уми майбутніх палеонтологів. Трапляється подібне і в археології: наприклад, через діяльність гризунів, вириті ними глибокі нори, можуть перемішуватись предмети з різних шарів. У результаті на стоянці палеолітичної людини серед кам'яних знарядь і кісток тварин мамонтової фауни можуть виявиться недопалки і банки з-під пива (докладніше див у статті П. В. Пучкова Палеонтологічні свідоцтва: «Літопис» потопу або «літопис» еволюції?). На щастя, всі ці загадки зазвичай досить легко і успішно вирішуються. Робота стратиграфії аж ніяк не зводиться до формальної реєстрації формальних «маркерів» віку. Перевідкладеного об'єкти звичайно несуть на собі безліч свідчень своєї перевідкладеного, вони відрізняються від автохтонних ( «рідних» для даного шару) скам'янілостей за своїм літологічного складу, окатанності, що прилип фрагментами породи і т. п.

Палеомагнітние дані

Важливим підмогою для стратиграфії є палеомагнітний метод, заснований на тому, що при переході залізовмісних речовин з рідкого стану в твердий (наприклад, при застиганні лави) в утворюються мінералах зберігається так звана залишкова намагніченість, причому її вектор збігається з орієнтацією магнітного поля Землі в момент утворення мінералу. Уявіть собі водну суспензія безлічі маленьких магнітних стрілок: поки вода рідка, вільно плаваючі стрілки звернені своїм «північним» кінцем до Північного магнітного полюса. Але варто воді замерзнути, і стрілки втратять рухливість, зафіксувавши положення магнітного полюса в момент замерзання.

Магнітне поле Землі по не цілком зрозумілих причин час від часу зазнає інверсії (Північний магнітний полюс міняється місцями з Південним). Залишкова намагніченість гірських порід дозволяє визначити, коли утворився даний шар: в епоху «прямий» або «зворотного» полярності.

Палеомагнітние дані самі по собі не дають абсолютних датувань. Момент кожної конкретної інверсії магнітного поля Землі потрібно «прив'язувати» до геохронологічної шкалою на основі інших даних (палеонтологічних, радіометричних та ін), але коли це вже зроблено, «палеомагнітку» можна використовувати для визначення віку відкладень. Палеомагнітний метод особливо корисний для стратиграфії магматичних порід, в яких немає викопних решток живих організмів і до яких тому непридатний палеонтологічний метод.

Стратиграфія склали детальні палеомагнітние (або магнітостратіграфіческіе) шкали для Кайнозойської і Мезозойської ер. Чим глибше в минуле, тим більше труднощів стає на шляху застосування цього методу. Одна з них пов'язана з тим, що палеомагнітние інтервали відраховують від сучасності в глибину століть, причому кожна непомічена, пропущена або сумнівна інверсія магнітного поля веде до нарощування сумарної помилки.

Підсумковим результатом зусиль численної і багатонаціональної армії стратиграфії є створення і поступова деталізація глобальної геохронологічної шкали. Поряд з глобальною шкалою, як і раніше в ході місцеві (локальні) шкали, які далеко не завжди вдається строго «прив'язати» до глобальної. Локальні шкали можуть бути розроблені набагато детальніше, оскільки провести кореляцію шарів у межах одного району набагато легше, ніж в масштабі всієї планети (наприклад, при складанні локальних шкал можна не враховувати Біогеографічні відмінності регіонів, різні умови опадонакопичення та ін.)

Глобальна Геохронологічна шкала палеозойської ери. «Золотими цвяхами» позначені стратиграфічні кордону, для яких є офіційно визнані "типові" геологічні розрізи, на яких відзначена крапка або прикордонна лінія між шарами, що служить глобальним еталоном даної кордону (зображення з сайту stratigraphy.org)

З сказаного зрозуміло, яким чином геологи і палеонтологи визначають вік своїх знахідок: за викопної флорі та фауні, яка присутня в одному шарі з що цікавлять нас зразком. Наприклад, якщо в одному шарі з вашою знахідкою присутні скам'янілі кубки правильних археоціат - можете не сумніватися: це ранній кембрій. А скільки це років тому? Та яка, власне, різниця! Палеонтологи достатньо знати, що це пізніше докембрію і раніше середнього кембрію. Стратиграфія - це «час без годинника».

У фахівців не викликає сумнівів, що стратиграфічні методи відносної датування на сьогоднішній день залишаються найбільш надійними і точними методами в геохронології. Якщо ви читаєте в сучасній науковій статті, що така-то знахідка походить з верхнього Кампана або, припустимо, середнього фамена, цієї інформації безумовно можна довіряти. Імовірність помилки, звичайно, завжди буде відмінною від нуля. Однак якщо вік відкладень викликає якісь сумніви, в статті про це напевно буде сказано, і тоді буде йти мова, наприклад, «про верхах Кампана або, можливо, низах маастріхту ». При сьогоднішньому рівні розвитку стратиграфії морські відкладення фанерозойських еону в більшості випадків вдається впевнено датувати з точністю до ярусу (століття) або под'яруса; континентальні відкладення, де палеонтологічна літопис більш фрагментарно і керівних форм менше, звичайно датуються з дещо меншою точністю - до відділу (епохи) або ярусу.

Всі сказане відноситься переважно до фанерозой - «ері явною життя», яка почалася близько 542 млн років тому (див. нижче). З більш давніми відкладеннями -- протерозойськими і архейські - справа йде значно гірше, тому що в той час ще практично не було організмів з твердим мінералізовані скелетом, які можна використовувати як "керівних копалин". Щоправда, ці древні відклади зовсім не є «палеонтологічні мертвими»: там є різноманітні мікрофоссіліі (залишки одноклітинних організмів), строматоліти -- продукти життєдіяльності мікробних спільнот, а в протерозойських відкладеннях порівняно недавно виявлені різноманітні відбитки м'якотілих багатоклітинних тварин та водоростей. Але в цілому, чим далі ми йдемо вниз по геологічного розрізу від нижньої межі фанерозою, тим менше стратиграфічні «дозвіл» дає палеонтологічний метод і тим більшу роль починають відігравати методи абсолютної геохронології.

Абсолютна геохронологія

Абсолютні датування були «підвішені» до геохронологічної шкалою багато пізніше, коли з'явилися радіометричні, а потім і інші методи визначення абсолютного віку. Ці методи відносяться як би до іншої єпархії - відповідні аналізи роблять хіміки та фізики, а зовсім не геологи з палеонтологами. Аналізи ці дороги і складні, і роблять їх досить рідко. Та й не потрібно робити їх часто. Досить один раз точно датувати кожну стратиграфічні кордон, щоб потім легко переводити «нормальний», тобто відносний, визначений за флору-фауну вік в настільки улюблені читачами науково-популярних видань мільйони років.

Проблема в тому, що всі ці фізико-хімічні методи поки що не дуже точні. Ось що написав у 1986 році в журналі «Знание-Сила» одна з найбільших російських стратиграфії Сергій Вікторович Мейен:

«Ще на початку тридцятих років в одному з авторитетних стратиграфічних керівництв було сказано, що за різними методами підрахунку вік земної кори виходить від 40 мільйонів до 7 мільярдів років. Такий розкид цифр, звичайно, знецінює їх ».

Але ще більш показова інша цитата:

«Тепер ми знаємо, що весь фанерозой тривав приблизно 570 мільйонів років ... помилка вимірювань для початку палеозою становить десять-п'ятнадцять мільйонів років ».

Дійсно, за шкалами зразка 80-х років XX століття абсолютний вік кордону протерозою і палеозою оцінювався як 570 млн років з очікуваної помилкою не більше 15 млн років, то є 555-585 млн років.

Однак шкала зразка 2004 року (див. у попередньому розділі Глобальну Геохронологічна шкалу палеозойської ери) дає датування 542 плюс-мінус 1 млн років! Таким чином, якщо вважати нинішню шкалу правильною, доводиться визнати, що в 1986 році помилка становила не 10-15, а цілих 28 мільйонів років! За два десятиліття інтенсивного розвитку абсолютної геохронології нижня межа раннього кембрію змістилася на величину, що дорівнює (за сучасними уявленнями) тривалості всій раннекембрійской епохи!

При цьому, зауважте, вивченийие палеонтології раннього кембрію йшло своєю чергою, кембрій залишався кембрій, археоціати - археоціатамі, і, якщо чесно, фахівцям з Кембрію від всіх цих пертурбацій ні жарко, ні холодно. Але тепер, я думаю, читачеві легше зрозуміти, чому палеонтологи більше довіряють своїм періодів, епох, століть, горизонтах і свита, ніж горезвісним «мільйонам років ».

І все-таки - звідки вони беруться, ці мільйони? *

З методів визначення абсолютного віку найбільш широко застосовуються так звані радіометричні методи, засновані на сталості швидкості розпаду радіоактивних ізотопів (див. таблицю).

Поки речовина знаходиться в рідкому стані (рідка магма) є його хімічний склад мінливий: відбувається перемішування, дифузія, багато компонентів можуть випаровуватися і т. д. Але коли мінерал твердне, він починає вести себе як щодо замкнута система. Це означає, що присутні в ньому радіоактивні ізотопи не вимиваються і не зникають з нього, і зменшення їх кількості відбувається тільки за рахунок розпаду, який йде з відомою постійною швидкістю. Всі продукти розпаду в ідеалі теж залишаються всередині мінералу. На жаль, такий «ідеал» зустрічається в природі не набагато частіше, ніж ідеальний газ або абсолютно чорні тіла.

Якщо в новоутвореної гірській породі з самого початку не було атомів - продуктів розпаду даного ізотопу (або якщо нам відомо, скільки їх там було); якщо атоми ізотопу і утворюються продукти його розпаду дійсно не вимивалися, не зникають і не впроваджувалися ззовні, то ми справді можемо дуже точно визначити вік породи, вимірявши співвідношення мас ізотопу і його продуктів. Знати початкове утримання ізотопу в породі для цього не потрібно. Наприклад, якщо в породі виявлено співвідношення ізотопу та продуктів його розпаду 1:1, а період напіврозпаду ізотопу дорівнює 1 млн років, і якщо ми маємо підстави вважати, що спочатку продуктів розпаду в породі не було, значить, ця порода утворилася 1 млн років тому.

Чим більше період напіврозпаду, тим більш давні геологічні події датуються за допомогою відповідного радіометричного методу. Якщо ізотоп розпадається швидко (як 14C), з плином часу у зразку залишається занадто мало вихідного ізотопу для точного аналізу. Навпаки, якщо ізотоп розпадається дуже повільно, його не можна використовувати для датування молодих відкладень, оскільки в них накопичилося ще занадто мало продуктів розпаду з: Н. В. Куренівський, А. Ф. Якушова, Абсолютна геохронологія, geo.web.ru/db/msg.html? mid = 1163814 & uri = part18-02.htm)

В реальності все набагато складніше. Зазвичай буває дуже важко оцінити споконвічне вміст у породі продуктів розпаду даного ізотопу. Наприклад, калій-аргоновий метод (який, до речі, використовувався для датування більшості найважливіших стратиграфічних меж) грунтується на тому надзвичайно зручному обставину, що з розплавлених порід аргон зазвичай випаровується. Однак під час кристалізації мінералу може відбуватися захоплення аргону ззовні. Як відрізнити цей аргон від того, що утворився пізніше в ході розпаду ізотопу 40K? Можна виходити з припущення, що захоплений аргон мав таке ж співвідношення ізотопів 40Аr/36Аr, як у сучасній атмосфері. Вимірявши кількість 36Аr, можна потім підрахувати кількість «чистого» радіогенного аргону 40Аr. Проте вищезазначене допущення далеко не завжди виправдано ...

Кожен з радіометричних методів має свої переваги і недоліки. Наприклад, недоліком уран-свинцевого методу є рідкісна зустрічальність мінералів з досить високим вмістом урану; недоліком калій-аргонового - висока ймовірність витоку утворюється аргону з уже затверділого мінералу.

В підсумку кожен окремо взятий радіометричний метод часто дає помилкові датування. Тому вчені намагаються проводити датування одного і того самого шару за допомогою декількох незалежних методів. Якщо результати більш-менш збігаються, всі зітхають з полегшенням. Якщо ні, приступають до скрупульозного пошуку можливих джерел помилок і розробці різноманітних хитромудрих поправок. На жаль, зустрічається і інша тактика: з декількох отриманих дат вибирається та, яка найкраще відповідає поглядам дослідників, а для інших датувань починають цілеспрямовано шукати «компромат».

Для визначення абсолютного віку наймолодших відкладень (не старше 100 тисяч років), особливо для збереглися в них органічних матеріалів, широко використовується радіовуглецевий метод. Радіоактивний ізотоп вуглецю 14C утворюється у верхніх шарах атмосфери в результаті бомбардування ядер азоту нейтронами космічних променів: 14N + n -> 14С + p. Вуглець 14С окислюється до 14СO2 і поширюється в атмосфері. Рослини використовують 14СO2 в ході фотосинтезу для виробництва органіки нарівні зі звичайною вуглекислотою. У результаті співвідношення 14C/12C в живих організмах виявляється таким же, як в атмосфері (близько 10-12). Після смерті організму приплив вуглецю в нього припиняється (система стає умовно замкнутою, як і у випадку з затверділим мінералом), і починається неухильне експоненційний зниження співвідношення 14C/12C за рахунок розпаду радіоактивного ізотопу 14C.

Застосування радіовуглецевого методу, однак, стикається з цілою низкою труднощів. Поховання органіка може забруднюватися стороннім вуглецем, як «древнім» (з низькою часткою 14C), так і «молодим». В результаті виникають, відповідно, «Помилки омолодження» і «помилки удревненія». Крім того, співвідношення 14C/12C в атмосфері не постійно. Наприклад, господарська діяльність людини і особливо випробування ядерної зброї дуже сильно позначаються на цій величині. Темпи освіти 14C у верхніх шарах атмосфери залежать від інтенсивності космічного та сонячного випромінювання, а це величини змінні. Співвідношення 14C/12C залежить і від загальної концентрації СO2 в атмосфері, яка теж схильна мінятися. Всі ці природні коливання, проте, не дуже великі по амплітуді і з певним ступенем точності можуть бути враховані. По-справжньому серйозну проблему представляє лише можливість забруднення зразка стороннім вуглецем.

Люмінесцентні методи абсолютної датування засновані на здатності деяких широко поширених мінералів (наприклад, кварцу і польового шпату) накопичувати в собі енергію іонізуючого випромінювання, а потім, за певних умов, швидко віддавати її у вигляді світла. Іонізуюче випромінювання не тільки прилітає до нам з космосу, але і генерується гірськими породами в ході розпаду радіоактивних елементів. Під впливом радіації деякі електрони кристала переходять в особливе збуджений стан. Чим більше в кристалі тріщин та інших дефектів, тим більше число електронів здатне до такої трансформації. Поки кристал (наприклад, піщинка) спокійно лежить у темному, прохолодному місці (наприклад, під шаром інших піщинок), число «перезбуджених» електронів у ньому поступово зростає, енергія накопичується.

Якщо такий кристал піддати певній стимуляції (нагріти до 500 градусів або навіть просто висвітлити), він стрімко віддає накопичену енергію у вигляді світла. Збуджені електрони при цьому заспокоюються і повертаються на покладені орбіти, і «люмінесцентний хронометр» обнуляється. Вимірявши кількість випромінювання світла, можна визначити, як довго кристалу дали спокійно пролежати в вищезгаданому темному, прохолодному місці після того, як він востаннє піддавався аналогічної стимуляції (потрапляв на світло або нагрівався). На цьому і засновані методи люмінесцентної датування: відповідно, термолюмінесцентний і оптико-люмінесцентний (метод оптично стимульованої люмінесценції). Вперше термолюмінесцентний метод почали застосовувати в середині XX століття археологи для визначення віку обпаленої кераміки (це дуже зручно, оскільки під час випалу люмінесцентний хронометр гарантовано обнуляється).

За суті справи, кристал працює не як хронометр, а як дозиметр. Кількість «Накопиченого» кристалом світла показує не час як таке, а сумарну дозу отриманого кристалом опромінення. До речі, існують і широко використовуються термолюмінесцентний дозиметри. Використання даного властивості кристалів для отримання абсолютних датувань базується на припущенні про постійність радіаційного фону в тому місці, де знаходився кристал. Наприклад, в околицях Чорнобиля проводити люмінесцентне датування археологічних знахідок - заняття досить безглузде.

Люмінесцентні методи дозволяють датувати зразки віком приблизно від 100 до 200 000 років і в ідеалі дають помилку не більше 10%. Але це, як завжди, лише «в ідеалі». На кількість накопиченого кристалом світла впливає безліч факторів, в першу чергу - структура кристала, кількість дефектів кристалічної решітки і, звичайно, рівень радіації в тому місці (або місцях), де кристал був. Цей рівень міг змінюватися не тільки через діяльність людини, але і з інших причин - наприклад, через періодичних контактів кристала з грунтовими водами. Труднощі при визначенні віку печерних відкладів можуть бути пов'язані ще і з тим, що не завжди можна точно встановити, які піщинки в цих відкладеннях принесені «з вулиці» первісними мешканцями печери, а які насипалися зі стелі.

Метод електронно-парамагнітного або електронно-спінового резонансу теж заснований на зміни, поступово накопичуються в кристалі під впливом радіації. Тільки в цьому випадку мова йде не про кількість «порушених» електронів, здатних «заспокоюватися» з випромінюванням світла, а про кількість електронів з зміненим спіном. Щоб визначити число таких електронів, фізики використовують резонансні методи, тобто піддають коливальну систему (в даному випадку кристал) періодичному зовнішньому впливу (наприклад, поміщають в змінне магнітне поле) і спостерігають відгук, який дає система при зближенні частоти зовнішньої дії з однією з частот власних коливань системи. Для простого палеонтолога або археолога такі премудрості абсолютно незбагненні. Всі питання - до фізиків, будь ласка. Вони, до речі, стверджують, що метод дозволяє датувати зразки віком до двох млн років, краще всього працює на карбонатних породах, і дуже гарний для визначення віку зубної емалі.

Існує ще цілий ряд фізико-хімічних методів абсолютної датування, що мають обмежену сферу застосування. Як приклад можна навести амінокислотний метод, заснований на тому, що «ліві» амінокислоти, з яких побудовані білки всіх живих організмів, після смерті поступово рацемізіруются, тобто перетворюються на суміш «правих» і «лівих» форм. Метод застосовується лише для зразкам дуже хорошому стані, а в яких збереглося достатня кількість первинної органічної речовини. Інша складність полягає в те, що швидкість рацемізаціі безпосередньо залежить від температури. Тому, наприклад, для зразків із помірних широт метод має роздільну здатність близько 20-30 тис. років, але можна застосовувати лише для молодих відкладів (не старше 2 млн років); в полярних районах метод дозволяє датувати більш старі зразки (до 5-6 млн років), але з меншою точністю (помилка близько 100 тис. років).

Дендрохронологіческій метод, або датування по деревним кілець, у великій честі у археологів. Цей метод дозволяє датувати тільки наймолодші відклади (віком до 5-8 тисяч років), зате з дуже високою точністю, аж до одного року! Потрібно лише, щоб в розкопі виявилося достатня кількість деревини. У стовбурах більшості дерев утворюються річні кільця, ширина яких коливається в залежності від погодних умов відповідного року. Характерні «спектри» широких і вузьких кілець приблизно однакові в усіх дерев даній місцевості, що ростуть одночасно. Фахівці з дендрохронології складають зведені дендрохронологіческіе шкали, протягуються від сьогоднішнього дня в минуле. Дуже допомагають у цьому дерева-довгожителі. Найстарішому з тих, хто дожив до наших днів дерев було 4844, коли його зрубали в 1965 році (це вважається одним із самих сумних подій в історії дендрохронології). Найстарішому з живих дерев на планеті 4789 років. Це сосна (Pinus longaeva), що росте в Каліфорнії.

До жаль, погода в різних районах Землі сильно відрізняється, і якщо в Канаді видалося тепле літо (і дерева утворили товсті річні кільця), то в Сибіру те ж саме літо цілком може виявитися холодним, і річні кільця будуть тонкими. Тому для кожного регіону доводиться складати окремі дендрохронологіческіе шкали.

Дендрохронологіческій метод можна застосовувати тільки для районів з сильними сезонними коливаннями клімату (температури або кількості опадів) - в іншому випадку чітких річних кілець не утворюється. Крім того, склад грунту повинен сприяти гарною збереження деревини, а досліджувані археологічні культури - широко використовувати дерево в господарстві.             

Хороші результати може давати спільне використання дендрохронологіческого і радіовуглецевого методів. Річні кільця не тільки зберігають пам'ять про погодні умовах конкретного року - по невеликих змін рівня 14С від кільця до кільцю можна судити про флуктуаціях змісту цього ізотопу в атмосфері. Це дозволяє істотно підвищити точність радіовуглецевого датування, а також дає додаткове джерело даних для дендрохронологіческой кореляції (дозволяє корелювати річні кільця не тільки по їх ширині, але і по змісту 14С). У ряді регіонів надійні дендрохронологіческіе шкали вдалося протягнути на 8-9 тис. років у минуле, а за допомогою радіовуглецевий калібрування -- до 13 тис. років і більше.                      

    

На цьому малюнку показано, як здійснюється дендрохронологіческая      кореляція (зображення з сайту uts.cc.utexas.edu)                    

Метод молекулярних годин. Для палеонтології, як ми говорили, характерна перевага відносних датувань в наукових статтях, тоді як абсолютні датування зустрічаються в основному в популярних переказах, в яких журналісти на догоду читачам переводять епохи, яруси і под'яруси в мільйони років, звіряючись з геохронологічної шкалою. Інша річ - наукові статті з генетики і молекулярної біології. Там часто-густо зустрічаються абсолютні дати: «людина і шимпанзе розійшлися 5-8 мільйонів років тому »,« рис і просо походять від загального предка, що жив 30-60 млн років тому »(см. У рослин виявлено міжвидової обмін генами, «Елементи», 22.12.2005 і так далі).

Більшість абсолютних датувань, що зустрічаються в сучасних статтях з генетики, молекулярної біології та іншим «непалеонтологіческім» галузях біології, частково або повністю грунтуються на принципі «молекулярних годин».

Сучасна біологія спирається на еволюційні уявлення, які в загальному вигляді відображаються дарвінівської схемою дивергенції (див. малюнок).

Класична схема дивергенції за Дарвіном має вигляд дерева, гілки якого, раз розділившись, вже ніколи більше не будуть прилягати (мал. з сайту macroevolution.narod.ru)

Життя на Землі має єдине походження, про що свідчить єдність генетичного коду та інших базових систем живої клітини. Вважається, що жива клітина виникла один раз, і від цієї первоклеткі сталося все живе. Історію розвитку життя можна представити у вигляді дерева з розбіжними гілками. З цього випливає, що, які б два види живих організмів ми не взяли, у них колись у Минулого неодмінно існував загальний предок (предкової вид), від якого вони в Свого часу «розійшлися». У переважній більшості випадків розраховувати на виявлення в палеонтологічної літописі викопних решток цього предків не доводиться (а якщо його і знайдуть, треба ще довести, що він саме предок, а не братишка троюрідний).

Як ж тоді визначити час життя загального предка і (що приблизно те ж саме) час появи що походять від нього груп організмів-нащадків?

Згідно «Правилом молекулярних годин», нейтральні (не корисні і не шкідливі) мутації накопичуються в геномі з приблизно постійною швидкістю, якщо немає якихось особливих причин, які змушують цей процес прискореного?? яться або сповільнюватися. Швидкість накопичення мутацій, звичайно, варіює у різних груп організмів (наприклад, бактерії мутують набагато швидше, ніж багатоклітинні), але всі ці відмінності в принципі можна врахувати. На кількох конкретних прикладах, коли це було можливо, «молекулярні годинники» були відкалібровано. Наприклад, порівнювалися молекули ДНК ісландців - народу, де кожна людина знає свій родовід на 1000 років тому, починаючи від перших колоністів. Таким чином вдалося встановити, скільки мутацій в середньому фіксується в ДНК в одиницю часу (або за певне число поколінь) у людини. У багатьох випадках «молекулярні годинники» коректуються і за даними палеонтологічної літопису

Метод молекулярних годин вкрай неточний, тому що швидкість накопичення мутацій може варіювати не тільки в залежності від групи організмів, але й від багатьох інших факторів (наприклад, від активності транспозони і вірусів, від їх великої кількості в геномі). Тому на основі даного методу можна давати лише вельми приблизні оцінки часу розбіжності еволюційних ліній. Верхня і нижня межа довірчого інтервалу можуть відрізнятися вдвічі і навіть більше. Генетики активно працюють над удосконаленням методу.

Неточність більшості методів абсолютної геохронології зовсім не дає підстав геть заперечувати достовірність абсолютних датувань в палеонтології, еволюційної біології та археології (як роблять, наприклад, креаціоністи і послідовники Фоменко). Головна сила цих методів в тому, що їх багато. І в переважній більшості випадків вони все-таки дають подібні результати, які до того ж добре узгоджуються з даними відносної геохронології (нижні шари виявляються стародавнє верхніх і т. д.). Якби це було не так, так і говорити було б про що! Це як з корабельними хронометр: якщо він один, ніяк не можна визначити, коли він бреше, якщо дві - вже можна зрозуміти, що одна з них бреше, незрозуміло лише, який з двох; ну а якщо їх три або більше - точний час можна дізнатися практично завжди.

Саме тому в хороших наукових дослідженнях вік об'єктів зараз намагаються визначати за допомогою декількох незалежних методів. Якщо це правило порушено, результат виглядає спірним в очах більшості фахівців.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://elementy.ru/