Научные оценки возраста Земли
Согласно данным радиоизотопных датировок, возраст Земли составляет 4,6—5 миллиардов лет. Остатки растений и животных позволяют узнавать возраст горных пород. Широко известен каменноугольный период, когда образовались крупнейшие месторождения на территориях, где ныне находятся Донбасс, Кузбасс и многие другие районы. В Поволжье крупные месторождения нефти заключены в породах, которые отлагались во время девонского периода, а знаменитые месторождения фосфоритов в Южном Казахстане приурочены к осадкам морей кембрийского периода. Таким образом, в разное время на Земле отлагались разные ценные полезные ископаемые. Поэтому для их поисков надо уметь узнавать, в какую эпоху отлагались соответствующие слои и чем они отличаются от более молодых и более древних осадочных толщ.
На помощь геологам приходит палеонтология — наука об организмах геологического прошлого и о развитии живой природы в течение геологических времён. Если мы находим в пласте известняка панцирь трилобита, то можно уверенно сказать, что известняк образовался в палеозойскую эру. Этот пласт гораздо старше, чем слои, в которых найдены кости млекопитающих животных. Иногда бывает достаточно небольшой раковинки, крохотного обломка окаменевшей древесины, чтобы определить, в какой период отлагались те или иные слои.
Изучив последовательно смену событий — и геологических и биологических, учёные разделили всю долгую историю нашей планеты на пять наиболее крупных отрезков — эр. Три последние эры — палеозойская, мезозойская и кайнозойская (от греческих слов «палеос» — древний, «мезос» — средний, «кайнос» — новый и «зое» — жизнь) — разделяются на несколько периодов, а периоды, в свою очередь, — на эпохи и века. Две наиболее древние и самые продолжительные эры — архейская и протерозойская (по-гречески «археос» — древний, старый и «протерос» — первый, начальный) — на периоды, эпохи и века пока не разделяются. Во второй половине протерозойской эры в морях существовало много водорослей и появились первые животные.
Возраст горных пород, устанавливаемый по остаткам растений и животных, называют относительным геологическим возрастом. Мы можем узнать, моложе или древнее тот или иной пласт песчаника или глины по сравнению с пластами соседнего района.
Но ведь этого мало. Важно знать, на сколько лет древнее или моложе, то есть знать не только относительный, но и абсолютный геологический возраст горных пород, выраженный в миллионах и миллиардах лет. Успехи атомной физики позволяют геологам достаточно точно определять возраст горных пород. При этом они используют явления радиоактивности. Атомы некоторых элементов — урана, радия, тория и других — не остаются постоянными. Они изменяются, выделяя заряженные мельчайшие частицы (это и называется радиоактивным излучением), и превращаются в атомы свинца, гелия и других элементов. Скорость таких превращений для каждого элемента постоянна. Так, уран с атомным весом 238 (U238) превращается в свинец и гелий. Чтобы половина атомов урана превратилась в атомы свинца, требуется 4520 млн лет. Это время называется периодом полураспада урана. Для радия период полураспада 1590 лет, для тория — 13 900 млн лет. Выяснилось, что способностью к радиоактивному распаду обладают некоторые разновидности атомов и у более широко распространённых элементов. Такие разновидности атомов называют радиоактивными изотопами. Радиоактивный изотоп калия (К40) имеет период полураспада в 1,25 млрд лет и превращается в атомы инертного газа аргона, а у изотопа рубидия (Rb87) — 50 млрд лет, и превращается он в атомы стронция. Даже углерод имеет радиоактивные изотопы Си, которые превращаются в атомы азота, а период полураспада составляет 5760 лет.
Метод вычисления абсолютного возраста горной породы по радиоактивным элементам и изотопам состоит в том, что учёные — физики и химики — подсчитывают, сколько содержится в горной породе атомов радиоактивных элементов — «родителей», а также «новорожденных» элементов — «детей». Затем, зная, сколько времени нужно для превращения половины атомов (период полураспада) и сколько атомов распалось в изучаемой горной породе, составляют простую арифметическую пропорцию.
