О песочных часах, коралловых рифах, курганах Батыя, озерах и дождевых червях

Еще сравнительно недавно время измерялось при помощи песочных часов. Этот нехитрый прибор, состоящий из двух склянок, соединенных узким горлышком, был обычным предметом обихода в каждом состоятельном семействе. Ежедневно тысячи людей могли наблюдать строгую закономерность: песок, помещенный в верхнюю склянку, с неизменной скоростью сыпался струйкой на дно нижней.

На стенках песочных часов нанесены деления. Заметив, до какого уровня заполнил песок нижнюю склянку, можно сказать, сколько времени идут часы. А нельзя ли, измерив мощность пласта горной породы, узнать, за какое время он накопился? Если бы это было возможно, то тогда, измерив все пласты от самого верхнего, сегодняшнего, до самого нижнего, залегающего где-то на глубине, мы могли бы судить не только о возрасте каждого слоя в отдельности, но и о продолжительности формирования всей толщи осадочных отложений, одевшей Землю.

Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо выяснить, с какой скоростью происходит накопление осадков на земной поверхности. Начались наблюдения. В озерах и дельтах рек, в степях и на морских отмелях исследователи измеряли толщину наносов и пытались установить время их образования. Для каждой горной породы — своя скорость накопления. Песок может накапливаться со скоростью нескольких сантиметров в год, глина наращивает свои слои на дециметр в тысячелетие. В каждой климатической зоне — своя скорость слоеобразования.

Физические опыты показали, насколько может уплотниться каждый тип осадка под действием тяжести перекрывающих его отложений и вследствие утраты первичной влаги. Стало быть, можно попытаться высчитать время образования даже тех слоев, которые сформировались в достаточно отдаленные эпохи и успели превратиться в плотный камень.

Чарлз Дарвин в своем труде «Образование почвенного слоя дождевыми червями» старался наметить другой путь решения проблемы. Дарвин считал, что благодаря жизнедеятельности дождевых червей толщина почвы с каждым годом увеличивается. Он определил массу земли, которая перерабатывается червями за год, и вычислил, какой слой должен получиться, если бы почва, выброшенная червями, равномерно распределялась по всей поверхности участка. Исходя из этих расчетов Дарвин предлагал по толщине почвы определять, за какой срок она могла образоваться.

Более точные измерения провели русские почвоведы. Василии Васильевич Докучаев в работе «Русский чернозем» описывает один из первых опытов по определению возраста почвы в районе поселка Седнев близ Чернигова. Здесь издавна известны древние курганы, насыпанные свыше 600 лет назад во времена походов Батыя. Толщина почвы, покрывающей эти курганы, составляет 15, а кое-где 23 см. Между тем в окрестностях, в местах, не тронутых человеком, чернозем покрывал неокрашенную песчаную материнскую породу слоем 60-80 см, а местами 1,5 м. Если время, за которое образовался слои чернозема, пропорционально его толщине, легко высчитать, что соседний с курганом целинный чернозем мог получиться за 2400-4000 лет.

Но в почве может содержаться разное количество перегноя. При этом обычно чем больше перегноя, тем старше почва. Кроме того, содержание перегноя зависит от угла наклона местности, состава почвы, силы господствующих ветров, количества атмосферных осадков, от растительности и минеральных составляющих материнской породы. Выяснив, с какой скоростью может накапливаться перегной в различных условиях, исследователи стали вводить в каждое определение возраста почвы необходимую поправку.

Оценка возраста земных слоев по скорости разрушения или накопления геологических осадков быстро завоевала популярность и получила широкое распространение во всем мире. Исследования в этом направлении велись одновременно во многих странах, но результаты, вопреки ожиданиям, оказались неутешительными. Стало очевидным, что даже одинаковые породы в сходных природных условиях могут накапливаться и выветриваться с самой различной скоростью и установить какие-либо точные закономерности этих процессов почти невозможно.

Например, из древних письменных источников известно, что египетский фараон Рамзес II царствовал около 3 тыс. лет назад. Здания, которые были при нем возведены, сейчас погребены под трехметровой толщей песка. Значит, за тысячелетие здесь отлагался приблизительно метровый слой песчаных наносов. В некоторых же областях Европы за тысячу лет накапливается всего 3 см осадков. Зато в устьях лиманов на юге Украины такое же количество осадков отлагается ежегодно.

Или другой пример. Поначалу было установлено, что известняки накапливаются сравнительно медленно - по нескольку десятков сантиметров в тысячелетие. Но в известняковом рифе на острове Парацел на полутораметровой глубине были найдены испанские монеты XV века. Выходит, известняковые рифы могут нарастать на 30 см в столетие. Прошло еще немного времени и выяснилось, что некоторые кораллы, а именно кораллы-меандрины, могут надстраивать свои колонии еще быстрее - по 20 см в год.

Обработка обширных статистических сведений о скоростях осадконакопления в различных условиях показала, что если сопоставлять между собой породы только одного класса, имеющие сходное происхождение (например, морские глины с морскими глинами, озерные песчаники с озерными песчаниками и т. п.), можно все-таки получить некоторое представление о сравнительной продолжительности формирования осадков.

Математические расчеты позволили дать вполне правдоподобную оценку времени, необходимого для образования современных торфяных болот, донных осадков в лагунах, ледниковых озерах и других замкнутых водоемах. С более древними отложениями дело обстоит сложнее, поскольку при затвердевании большинство осадочных пород обычно уменьшается в объеме и измеренные мощности таких слоев всегда меньше их первоначальной толщины. Кроме того, с течением времени под действием давления вышележащих пластов и температуры земных глубин многие породы продолжают уплотняться, что еще больше затрудняет установление их первоначальной мощности. Но выяснилось также, что в ряде случаев можно ввести надлежащие поправки на степень сжатия пород и с той или иной вероятностью реконструировать исходные объемы осадков.

С учетом этих данных было подсчитано время формирования осадочных толщ от кембрия до четвертичного периода включительно. Чтобы выполнить эту работу, потребовалось составить сводный разрез верхней части земной коры по результатам геологических исследований, проведенных во многих районах мира. Это был большой, очень сложный труд. И на каждом его шаге возникали неожиданные неприятности. В разрезе некоторых районов встретились мощные вулканические образования. Продолжительность их накопления необходимо было учесть. Но где найти надежные критерии, позволяющие установить длительность вулканических процессов? Наличие таких пород приходилось игнорировать.

Или другое обычное геологическое явление - перерыв в накоплении осадков. Такие перерывы могут быть вызваны действием множества причин: отступанием моря, поднятием участков суши, изменением направления течений, местными вариациями активности водотоков. Перечень подобных факторов может быть продолжен. Учесть все эти изменения, а тем более дать их количественную оценку в масштабе геологической истории планеты попросту невозможно. Скептики утверждали, что начатая работа заведомо обречена на полный провал.

Но поскольку в основе исследования лежала статистическая оценка данных, обилие материала позволило сгладить неравноценность исходных наблюдении и получить результаты, которые, как ни странно, не только оказались логически приемлемыми, но позволили даже дать сравнительную оценку протяженности геологических эр и периодов. Вычисленная по мощностям осадочных пород продолжительность палеозойской эры составила 15 млн. лет, мезозойской - 4 млн. лет, палеогенового и неогенового периодов, вместе взятых, - 1,5 млн. лет, четвертичного периода - 35-40 тыс. лет.

Несовершенство использованной методики не оспаривалось. Но это была реальная и действенная попытка количественно оценить абсолютную протяженность больших отрезков геологического времени. Подкупало и то, что полученная общая длительность фанерозоя (20 млн. лет) была соизмеримой с продолжительностью возможного существования холодной Земли, которую определил лорд Кельвин (этим титулом в 1892 г. наградила Великобритания своего талантливого физика У. Томсона).

Однако геологи вполне отдавали себе отчет в том, что полученная картина весьма далека от реальности и решение вопроса об истинном возрасте Земли еще не найдено. Слишком много ненадежных положений заключала в себе использованная методика. Явно преувеличенной казалась принятая на основании статистического материала быстрота накопления слоев отдельных пород, а возникающие вследствие этого погрешности едва ли компенсировались введением поправок на уплотнение пород. Не вполне ясно было также, в какой мере надстраивающие друг друга геологические разрезы разных районов отражают всю полноту истории Земли. Не подлежало сомнению лишь одно - поиски должны быть продолжены.