Александр Марков, доктор биологических наук, старший научный сотрудник Палеонтологического института РАН
Я восхищаюсь геологическим, в особенности стратиграфическим гением.
В невообразимо сложном переплетении горных пород, в бесчисленных и разнообразных наслоениях, разобраться во временной последовательности их, создать подробнейшую шкалу, и всё это — не имея даже подобия внешних часов...
С. В. Мейен, «Время без часов, или Похвальное слово создателям геохронологии»
В научно-популярных статьях по археологии, геологии, палеонтологии, эволюционной биологии и другим дисциплинам, так или иначе связанным с реконструкциями событий далекого прошлого, то и дело встречаются абсолютные датировки: что-то произошло 10 тысяч лет назад, что-то 10 миллионов, а что-то — 4 миллиарда лет назад. Откуда берутся эти цифры?
Понять это не так-то просто, причем не только непосвященному читателю, но порой и специалисту. Более того, большинству геологов и палеонтологов, как ни странно, абсолютные датировки не очень-то и нужны. В серьезных научных статьях по палеонтологии точные даты в тысячах и миллионах лет встречаются на порядок (а то и на два) реже, чем в популярных пересказах. Неспециалисту абсолютные цифры говорят больше, чем названия периодов и эпох геохронологической шкалы. Специалисту — ровно наоборот.
Спросите у палеонтолога, разглядывающего в бинокуляр окаменевшую ракушку: когда жил этот моллюск? Вы наверняка услышите в ответ что-то вроде «верхний мел, низы сантонского яруса».
Попробуйте попросить разъяснений: «А это сколько лет назад?» Главное, внимательно следите за реакцией. В лучшем случае на вас посмотрят, как на «еще-одного-идиота-ничего-не-понимающего-в-палеонтологии-и-мешающего-работать».
Можно провести и другой эксперимент, если уж у вас под рукой есть подходящий для таких опытов объект — живой палеонтолог. Расскажите ему, что недавно прочли на сайте «Элементы» о гигантских ракоскорпионах, ползавших по земле 330 миллионов лет назад. Результат, скорее всего, будет примерно такой. «Это, стало быть, когда?» — спросит палеонтолог, ставя вас в полный тупик и заставляя усомниться во вменяемости подопытного. Ясно же было сказано: 330 миллионов лет... «Это мне ни о чем не говорит, — скажет палеонтолог. — Какого года заметка, 2005-го? Значит, нужна последняя версия шкалы». Порывшись в бумагах, ученый извлечет на свет божий свежую геохронологическую шкалу (или найдет ее на сайте Международной статиграфической комиссии) и, взглянув, скажет с облегчением: «А, теперь ясно. Это ранний карбон, визейский век. Так бы сразу и сказали».
Как же объяснить такое странное пренебрежение к абсолютным датировкам у специалистов, для которых геологическое время и хронология событий далекого прошлого — непосредственные объекты изучения? Всё дело в том, что относительное датирование в геологии имеет гораздо более давнюю историю, и, главное, оно гораздо надежнее и точнее абсолютного.
Относительная геохронология
Стратиграфия — наука, изучающая последовательность слоев земной коры — развивается уже более 200 лет. За это время проделан колоссальный объем работы, суть которой заключается в двух основных действиях.
Первое действие — расчленение, то есть выделение и описание слоев, залегающих в определенной последовательности в данной местности или даже в одной лишь точке. Например, последовательность слоев может быть хорошо видна на крутом горном склоне, прибрежном обрыве или в керне, извлеченном из пробуренной скважины. Априори считается, что нижние слои образовались раньше верхних, и те события (геологические или биологические), следы которых сохранились в этих слоях, соответственно, произошли раньше. Этот принцип, называемый «принципом суперпозиции», сформулировал датский натуралист Николаус Стенон более 300 лет назад. Он справедлив для пород, находящихся в ненарушенном состоянии. Иногда из-за тектонических процессов земные слои образуют складки; при этом кое-где слои могут опрокинуться набок или даже перевернуться «с ног на голову», так что более древние оказываются сверху. Креационисты (люди, отрицающие эволюцию жизни на Земле и настаивающие на библейской версии творения за шесть дней), очень любят приводить эти крайне редкие случаи перевернутого залегания в качестве аргумента против достоверности стратиграфии в целом. Подобные заявления у специалистов могут вызвать разве что улыбку. Достаточно проследить залегание соответствующих слоев на некоторой площади, чтобы выяснить причину аномалии (размер и форму соответствующей складки).
Второе действие — корреляция, то есть установление соответствия между слоями, описанными в разных районах Земли. Это крайне сложная задача, и далеко не всегда ее удается быстро и однозначно решить. Главными помощниками стратиграфов в этом нелегком деле являются ископаемые остатки древних организмов. Идентичные (или хотя бы похожие) комплексы ископаемых животных, растений и простейших в двух удаленных местонахождениях — весомый довод в пользу одновозрастности соответствующих слоев. Конечно, на деле всё гораздо сложнее. Сходные флоры и фауны могут сформироваться неодновременно в разных местах просто из-за того, что там в разное время сложились соответствующие условия среды. Какие-то виды организмов могут появиться (или вымереть) в одном регионе раньше, чем в других. Палеонтологи и стратиграфы мужественно борются со всеми этими трудностями, детально разбираясь с каждой конкретной ситуацией — в этом, собственно, и состоит их основная работа. Постепенно выкристаллизовывается список так называемых «руководящих форм» — это группы древних организмов, дающие самые надежные датировки для тех или иных отложений. Например, для мезозойских отложений важной руководящей группой являются аммониты, для среднего кембрия — мелкие слепые трилобиты—агностиды, и т. д. «Руководящие формы» должны удовлетворять нескольким требованиям, из которых можно выделить два главных:
— глобальная (или хотя бы очень широкая) распространенность — иначе не удастся скоррелировать слои из удаленных регионов;
— быстрая эволюция (от организмов, не меняющихся в течение десятков миллионов лет, стратиграфам нет никакого толку).
Желательно также, чтобы представители данной группы встречались в отложениях разных типов. Например, как скоррелировать морские и континентальные отложения, если в море жили одни виды животных и растений, а на суше, естественно, совершенно другие? На помощь приходят пыльца и споры растений: они хорошо сохраняются в ископаемом состоянии, а главное, их носит ветром, и поэтому они встречаются как в морских, так и континентальных отложениях. Споро-пыльцевой анализ — один из наиболее эффективных палеонтологических методов датировки древних осадочных пород.
Кроме палеонтологических данных, стратиграфы используют для корреляции слоев и маркеры небиологической природы. Удобным маркером может служить, например, прослойка вулканического пепла, образовавшаяся в результате извержения, или тонкий прослой с повышенной концентрацией редкого элемента иридия, который может образоваться в результате падения и взрыва крупного метеорита, в котором содержание иридия было намного выше, чем в земной коре. Для установления одновозрастности слоев в двух соседних геологических разрезах порой бывает достаточно идентичности литологических характеристик (цвет, структура, состав породы и т. п.).
Среди многочисленных трудностей, с которыми приходится сталкиваться палеонтологам и стратиграфам, можно упомянуть проблему перезахоронения (переотложения) более древних ископаемых в молодых породах. Разбивают волны прибрежную скалу, сложенную древними осадочными породами, и какая-нибудь доисторическая окаменевшая ракушка, вымытая из этой скалы, смешивается с современными ракушками на морском дне. А потом всё это «сообщество» может фоссилизироваться и попасть в палеонтологическую летопись, чтобы смущать умы будущих палеонтологов. Случается подобное и в археологии: например, из-за деятельности грызунов, роющих глубокие норы, могут перемешиваться предметы из разных слоев. В результате на стоянке палеолитического человека среди каменных орудий и костей животных мамонтовой фауны могут обнаружится окурки и банки из-под пива (подробнее см. в статье П. В. Пучкова Палеонтологические свидетельства: «летопись» потопа или «летопись» эволюции?). К счастью, все эти загадки обычно довольно легко и успешно решаются. Работа стратиграфов отнюдь не сводится к формальной регистрации формальных «маркеров» возраста. Переотложенные объекты обычно несут на себе множество свидетельств своей переотложенности, они отличаются от автохтонных («родных» для данного слоя) окаменелостей по своему литологическому составу, окатанности, прилипшим фрагментам породы и т. п.
Палеомагнитные данные
Важным подспорьем для стратиграфов является палеомагнитный метод, основанный на том, что при переходе железосодержащих веществ из жидкого состояния в твердое (например, при застывании лавы) в образующихся минералах сохраняется так называемая остаточная намагниченность, причем ее вектор совпадает с ориентацией магнитного поля Земли в момент образования минерала. Представьте себе водную взвесь множества крошечных магнитных стрелок: пока вода жидкая, свободно плавающие стрелки обращены своим «северным» концом к Северному магнитному полюсу. Но стоит воде замерзнуть, и стрелки потеряют подвижность, зафиксировав положение магнитного полюса в момент замерзания.
Магнитное поле Земли по не вполне понятным причинам время от времени претерпевает инверсии (Северный магнитный полюс меняется местами с Южным). Остаточная намагниченность горных пород позволяет определить, когда образовался данный слой: в эпоху «прямой» или «обратной» полярности.
Палеомагнитные данные сами по себе не дают абсолютных датировок. Момент каждой конкретной инверсии магнитного поля Земли нужно «привязывать» к геохронологической шкале на основе других данных (палеонтологических, радиометрических и др.), но когда это уже сделано, «палеомагнитку» можно использовать для определения возраста отложений. Палеомагнитный метод особенно полезен для стратиграфии магматических пород, в которых нет ископаемых остатков живых организмов и к которым поэтому неприменим палеонтологический метод.