Д. Джохансон, М. Иди       

Люси Истоки рода человеческого


<<<<<<<<<<<<<<<<<<     >>>>>>>>>>>>>>>>>>

 Часть вторая     Золотое десятилетие 1967-1977

 Глава 9     Каков возраст Люси?

 

Палеонтологическая летопись — это серия локальных поперечных срезов, выхватывающих отдельные моменты времени. Однако площадь этих срезов, как правило, не слишком велика. В одном месте вы можете получить хорошую датировку, в другом — нет. Непрерывные осадочные слои встречаются разве что на дне моря, но нам от этого мало проку.

Ф. Кларк Хоуэлл

 

Морис Тайеб проработал два года, пытаясь составить стратиграфическую колонку отложений Хадара. Это была нелегкая работа. Он нашел окаменевший лавовый поток — слой базальта, возраст которого можно было определить, — но поместил его слишком высоко в своей стратиграфической схеме, над всеми ископаемыми остатками.

Том Грей

 

Трудность, связанная с расположением базальтового слоя, заключалась в том, что он не доходил до тех мест, где были обнаружены ископаемые остатки. Нам пришлось выяснить взаимоотношения между слоями, после чего оказалось, что базальт на самом деле занимает очень низкое положение, а многие окаменелости были найдены над ним.

Джеймс Аронсон

Ввиду обилия ископаемых остатков гоминид, собранных наряду с костями различных животных в 1974 году, нас ожидала огромная работа по их очистке, систематизации в соответствии с событиями местной геологической истории и, наконец, описанию. Вообще, характеристика находок — длительный и трудоемкий процесс; он включает неисчислимое множество измерений и запись их результатов. Я проделал все это с челюстями, найденными Алемайеху, но впереди оставалась еще бездна работы. Теперь на меня обрушилась лавина костей Люси — новые горы измерений и описаний. И их нужно было закончить, прежде чем сформулировать четкую научную гипотезу о том, что представляли собой хадарские гоминиды. Решающую роль здесь должен был сыграть их возраст. Мы нуждались в точных, твердо обоснованных датировках, но в тот момент располагали лишь такими цифрами, которые никак нельзя было назвать безупречными. Я рассчитывал, что в этом отношении нам поможет Аронсон, недавно побывавший в Хадаре.

Тайебу посчастливилось найти слой базальта — окаменевший лавовый поток, а также менее мощные слои туфа (вулканического пепла), расположенные выше. Поскольку лава и пепел служат хорошим материалом для определения возраста, мы еще в предыдущий сезон собрали образцы пород и отправили их в Кливленд Аронсону для калий-аргоновой датировки. Пробы туфа из-за сильного выветривания Аронсон счел непригодными; однако базальт, хотя на нем тоже были следы разрушения, оказался вполне подходящим для анализа с помощью сконструированного Аронсоном прибора. Проведя несколько испытаний, Аронсон определил древность базальтового слоя в три миллиона лет с возможной ошибкой в 200 тысяч лет в ту или другую сторону.

Три миллиона лет — это усредненный результат нескольких опытов. Ошибка в 200 тысяч лет отражала различия в результатах отдельных тестов и была слишком велика, чтобы удовлетворить Аронсона. Если бы удалось собрать более чистые образцы лавы, то полученные величины стали бы более однородными и возможная ошибка уменьшилась до 100 или даже 50 тысяч лет. Аронсона заботило не столько уточнение возраста базальтового слоя (хотя это тоже было бы неплохо сделать), сколько разброс в серии тестов, ставивший под сомнение надежность самой выборки. Конечно, породы с течением времени изменяются, но в какой степени? Ответить на этот вопрос Аронсон не мог, так как образцы не были собраны им самим. Он знал только, что изменение породы скорее всего приведет к занижению ее возраста из-за утечки какой-то части содержащегося в ней аргона.

Скальные образцы, даже если речь идет об одних и тех же породах, не похожи друг на друга. Поверхность валуна, подверженная действию воздуха, солнца и дождевой воды с растворенными в ней веществами, может существенно отличаться от его сердцевины. Наружный слой застывшей лавы разрушается и крошится в результате эрозии. Вулканический пепел, кроме того, незаметно засоряется посторонними частичками пыли, которые могут быть в 10 или 100 раз древнее его самого. Для обычного геолога качество собираемых образцов не столь существенно, и он может не учитывать всех этих деталей. Для того же, кто занимается датировкой, их значение неизмеримо возрастает. Состояние образцов в этом случае не менее важно, чем само их наличие. Геолог оценивает их опытным глазом специалиста. Годами он учится соотносить свои визуальные впечатления с результатами лабораторных анализов, пока не приобретет в этом деле почти безошибочного чутья. Едва взглянув на образец, он уже знает ему цену, подобно тому как знатоки собак или лошадей могут сразу составить верное представление о животном. Такой опыт, однако, приобретается очень медленно.

Джим Аронсон — обаятельный человек с рыжеватыми волосами, ярко-рыжей бородой и интенсивно-голубыми глазами. Его мягкие учтивые манеры странно сочетаются с крепким, почти стальным рукопожатием и жесткой, как бы выдубленной, кожей ладоней. Он не жалеет времени для других. Однажды я признался, что хотя в принципе кое-что знаю о калий-аргоновом датировании, но не имею понятия, как все это выглядит на практике. Джим немедленно пригласил меня на демонстрацию.

— Лучше всего на месте увидеть, как работает машина, — сказал он.

— Я как первокурсник. Считайте, что я ничего не знаю.

— Это лучше всего, — согласился он. Я встретился с Аронсоном в его кабинете в университете «Кейс Вестерн». Он провел меня через холл в комнату, набитую сложным оборудованием.

— Эту машину я сам сконструировал, — сказал он. — Вообще-то она невелика. Денег у меня не хватало, вот и пришлось довольствоваться небольшими размерами. К счастью, мне удалось достать хорошие маленькие насосы и масс-спектрометр (очень сложный измерительный прибор). Но он тоже слишком мал. Лучше всего определять им возраст не очень старых предметов.

— Что значит — не очень старых?

— Ну, таких, которым не больше двух или трех миллионов лет.

— По-вашему, это мало?

— Для геолога — да. Ведь есть масса людей, которым нужно определить возраст действительно очень древних образцов, например нефтяникам, специалистам по динозаврам и другим. В подобных случаях счет идет на сотни миллионов лет. Но я интересуюсь плио-плейстоценом и построил свою машину специально для этого периода. Когда будете осматривать ее, не трогайте вон тот толстый провод и даже не проходите под ним: он находится под высоким напряжением, и вас может убить.

Джеймс Аронсон раска­ляет обра­зец вулка­ничес­кого пепла в лабора­торной уста­новке, которую он сконстру­ировал для опре­деления возраста вулкани­ческих матери­алов.

Провод был оплетен изоляцией. Он выходил из электрической панели высотой в два метра с многочисленными выключателями и измерительными приборами. Дальше он тянулся по потолку и обвивался вокруг нескольких запаянных стеклянных сосудов величиной с молочную бутылку. Внутри сосудов находились маленькие металлические контейнеры с образцами вулканического пепла. Снизу к запаянным сосудам были присоединены трубки, которые проходили через ряд стыков, регулировочных приспособлений, насосов, измерительных приборов и исчезали в другой части машины, подключенной к компьютеру.

— Масс-спектрометр находится на этом конце. Я не хочу забивать вам голову объяснением его устройства. Он служит для измерения минимальных количеств вещества. Мы включаем ток, чтобы разогреть вулканические образцы в этих сосудах. Когда образцы плавятся, они выделяют весь содержащийся в них аргон. Мы получаем очень мало этого газа. Вот почему нам нужен масс-спектрометр — он усиливает выходной сигнал настолько, что его можно уловить приборами. До изобретения масс-спектрометра это невозможно было сделать. Мы получаем так мало газа, что измерить его иным путем нельзя.

Аронсон   включил   рубильник и стал поворачивать рычажок на панели, постепенно увеличивая электрическое поле вокруг одного из стеклянных сосудов. Через несколько минут образец, находившийся внутри него, начал накаляться.

— Что ж, подождем, пока он совсем не расплавится. Затем погоним освободившийся газ к масс-спектрометру.

Он объяснил, что назначение массивных узлов — делать систему абсолютно герметичной. Насосы, хоть и маленькие, очень мощны, они откачивают из замкнутой системы 99,999999999999% воздуха, создавая почти полный вакуум.

— Роль вакуума такова: в окружающем воздухе много аргона, гораздо больше, чем в вулканических образцах, и если мы допустим хоть немного воздуха в машину, то сигнал будет просто забит шумом. Поэтому воздух необходимо полностью удалить.

Аргон, который измерял Аронсон, был продуктом распада радиоактивного калия, редкого изотопа обычного элемента.

— В вашем теле сейчас находится около 400 граммов калия. Из этого количества только 20 миллиграммов — радиоактивный калий, или калий-40, если вспомнить его настоящее химическое название. Это очень немного, всего лишь одна 200-тысячная доля, но все же это огромное число атомов. Будучи радиоактивным, калий-40 непрерывно распадается, постепенно превращаясь в устойчивый элемент аргон, инертный газ. Вот сейчас калий-40, содержащийся в вашем теле, превращается в аргон со скоростью около 500 атомов в секунду. Вы, может быть, считаете, что это быстро и что таким образом скоро израсходуется весь калий-40. Но это не так. Если учесть число атомов, это совсем не быстро. Распад калия продолжается с момента образования Земли, и тем не менее этот процесс еще не кончился. В вашем теле находятся триллионы атомов калия-40. Это вещество циркулирует в природе в течение миллионов лет, распадаясь всегда с постоянной скоростью.

Он поправился:

— Я сказал «с постоянной скоростью». На самом деле это не совсем так. Скорость распада пропорциональна количеству калия-40, которое содержится в обычном калии. По мере того как доля калия-40 уменьшается, распад идет все медленнее. Во времена австралопитеков, три миллиона лет назад, скорость распада составляла 501 атом в секунду* — на один атом больше, чем сейчас. Следовательно, для наших целей эту скорость можно считать постоянной, хотя в эпоху динозавров она заметно отличалась от нынешней. Во времена, когда происходило формирование Земли, скорость распада составляла 4000 атомов в секунду*. Но за прошедшие с тех пор миллиарды лет было израсходовано такое количество калия-40, что его распад существенно замедлился. Так и должно быть, потому что скорость распада по отношению к оставшемуся количеству изотопа должна быть постоянной.

Калий-40, объяснял Аронсон, как и все радиоактивные элементы, характеризуется определенным «периодом полураспада», т.е. временем, которое необходимо для того, чтобы половина его исходного количества превратилась в другой элемент. Период полураспада калия-40 составляет 1,3 миллиарда лет. Поэтому из всего запаса этого изотопа, остающегося сегодня на Земле, половина исчезнет через 1,3 миллиарда лет, половина остатка — еще через 1,3 миллиарда лет, и т.д. Когда общее количество сократится до минимума, скорость распада станет совсем ничтожной. Если в каком-то неимоверно отдаленном будущем на Земле сохранится только сто атомов калия-40 и если Земля в то время еще будет существовать — понадобятся те же 1,3 миллиарда лет, чтобы число их сократилось до пятидесяти.

— Вы хотите сказать, что весь калий-40 постепенно распадается и превращается в аргон? — спросил я.

— Именно так. Калия становится все меньше и меньше. А аргона каждый день — все больше и больше.

— А куда девается весь этот аргон?

— В конце концов переходит в атмосферу. Когда возникла Земля и атмосфера только формировалась, в ней почти не было аргона. Но постепенно он стал накапливаться. Пока мы здесь разговариваем, атомы аргона выходят через нашу кожу в воздух. Сейчас в атмосфере около одного процента аргона. Вот почему я так забочусь о герметичности системы — иначе нельзя будет узнать, сколько его было в образце.

— Вы сказали, что по прошествии миллиардов лет аргона в воздухе всего один процент?

— Да.

 — Как будто это не так уж много.

— Для аргона много. Неизмеримо больше, чем в этих вулканических образцах. Аргон вообще очень редкое вещество.

Но тут мне пришел в голову один вопрос: если человеческое тело тоже содержит калий-40, который постепенно превращается в аргон, то почему нельзя измерять распад радиоактивного калия непосредственно в ископаемых остатках? Почему мы используем для этого вулканические образцы?


Вычисление возраста по данным
калий-аргонового анализа

  1.  Измерить массу образца и определить количество содержащегося в нем калия. Это легко сделать с помощью стандартных лабораторных методов. Предположим, что образец содержит 0,1 г калия.
  2.  Вычислить, сколько атомов распадается в образце такой величины за год. Известно, что калий-40, содержащийся в одном грамме обычного калия, превращается в аргон со скоростью 3,5 атома в секунду. Поэтому:
    3,5 х 60  =  210 в минуту,
          х 60  = 12600 в час,
          х 24  = 302400 в сутки,
          х 365 = 110376000 в год.
    Итак, 0,1 г калия даст 11037600 атомов аргона в год.
  3.  Прокалить образец, направляя аргон (вместе с остатками воздуха, которые могли быть в сосуде) в масс-спектрометр.
  4.  Получить показания масс-спектрометра. Предположим, что наш образец дал следующие результаты:
    36 765 875 000 000 атомов аргона-40
    (из воздуха и образца);
    27070000000 атомов аргона-36 (только из воздуха).
  5.  Учесть примесь атмосферного воздуха. Поскольку на один атом аргона-36 в атмосферном воздухе приходится 295,5 атома аргона-40, нужно умножить общее число атомов аргона-36 на 295,5:

    Такое число атомов аргона-40 должно быть отнесено за счет примеси атмосферного воздуха. Поэтому из общего показания масс-спектрометра вычитаем атмосферную примесь:

    Такое число атомов аргона образовалось из калия-40, содержавшегося в образце.
  6.  Вычислить возраст образца. Поскольку скорость распада составляет для данного образца 11 037 600 атомов в год, необходимо разделить предыдущую цифру (число атомов аргона в образце) на эту величину:

    Ответ: возраст образца 2,6 млн. лет.

По нескольким причинам, ответил Аронсон, две из которых имеют решающее значение. Во-первых, в ископаемых костях так мало калия-40, что точные измерения были бы невозможны. Во-вторых, кости выделяли аргон в течение одного или двух миллионов лет. Поэтому нет смысла пытаться измерить то, что осталось. Для получения точной датировки нужно использовать образцы, которые не дают утечки аргона. В этом-то и состоит величайшее достоинство вулканических  материалов:   они практически не выделяют газа — он прочно «заперт» внутри небольших кристаллов.

Во время извержения, объяснял Аронсон, материал выбрасывается в воздух под огромным давлением и при очень высокой температуре. Он начинает остывать, как только попадает в атмосферу, и сплавляется в стекловидную массу или же образует небольшие кристаллы. Это происходит очень быстро, за несколько часов. Поэтому формирование кристаллов можно рассматривать как одномоментное событие. Они появляются на свет абсолютно чистыми, без примеси аргона, образовавшегося раньше. А так как в дальнейшем они будут сохранять в себе весь аргон, образующийся в них при распаде калия-40, ясно, почему в принципе так легко определить их возраст.

— Я просто выпариваю аргон и измеряю его количество, — продолжал Аронсон. — Зная количество калия в начале эксперимента и скорость распада, я могу вычислить возраст образцов с помощью простой арифметики.

В действительности дело обстоит несколько сложнее. На поверхности самих образцов всегда адсорбируется небольшое количество воздуха, и как бы хороши ни были насосы, его никогда не удается полностью удалить. Эту атмосферную примесь тоже надо измерить и учесть. Для этих целей используют одну особенность аргона. Подобно калию, аргон представлен различными  изотопами. Изотоп, в который превращается калий-40, — это аргон-40. Именно он преобладает в атмосфере. Однако в воздухе содержится также более редкий вариант — аргон-36. Его нет в вулканических породах, и поэтому любое его количество, обнаруженное масс-спектрометром, принадлежит остаточному воздуху, который не смогли удалить вакуумные насосы. Поскольку аргон-40 и аргон-36 содержатся в атмосфере в неизменной пропорции — 295,5 атомов первого на один атом второго, Аронсон просто измеряет   количество   аргона-36 в образце, умножает эту величину на 295,5, а затем вычитает ее из итогового результата. Оставшаяся цифра и представляет собой количество аргона-40, образовавшегося при радиоактивном распаде внутри кристалла.

— И количество это так мало, — добавил Аронсон, — что его едва можно измерить.

— А почему?

— Да потому, что сами породы слишком молоды. Я говорил вам, что мы имеем дело с материалом, которому всего два или три миллиона лет. Этого времени просто недостаточно для образования приличного количества аргона.

— Сколько же аргона содержится в образцах вулканических пород, которым три миллиона лет?

— Очень немного. Всего лишь несколько триллионов атомов.

— Это, по-вашему, немного?

— Но ведь атомы ужасно малы, — ответил Аронсон.

Помимо специфических трудностей, связанных с анализом не очень древних пород, Аронсону досаждала еще одна проблема-получение достаточно чистых образцов.

— Они должны быть чистыми, без посторонних примесей и, кроме того, целыми, а не разрушенными, чтобы исключить утечку части аргона. Этим-то и грешили образцы базальта, присланные вами из Хадара. По их внешнему виду я заподозрил, что они подверглись эрозии и утратили какое-то количество аргона. Мне трудно было судить, сколько именно; и все же я решил использовать их, хотя воздух, адсорбированный на их поверхности,  создавал  дополнительные трудности.

Мне хотелось испробовать и присланную вами партию образцов вулканического пепла, — продолжал Аронсон, — но я сразу увидел, что они слишком сильно изменены, чтобы быть полезными. Обычно я предпочитаю работать с пеплом. Он, как правило, содержит кристаллы полевого шпата или слюды, богатые калием. Когда имеешь дело с такими молодыми образованиями, приходится работать буквально на грани возможностей измерительных приборов. Поэтому лучше брать для анализа материалы с относительно высоким содержанием калия. Если вы этого не сделаете, то получите так мало аргона, что все равно не сможете его измерить, тем более при большой примеси атмосферного воздуха.

— А разве всякий вулканический пепел содержит калий? — спросил я.

— В большинстве случаев да. Но далеко не всегда в таком количестве, чтобы с ним можно было работать. Кроме того, при анализе пепла возникают свои трудности. Нужно знать наверняка, что кристаллы не были повреждены. Если структура их нарушена выветриванием или воздействием высоких температур, они могут терять аргон. Еще хуже то, что пепел часто содержит примеси более старых кристаллов. Способ образования подобных инородных включений может быть различным: например, более древние вещества лежали на поверхности почвы и были покрыты слоем пепла или, наоборот, попали в него значительно позднее. Полевой шпат, как вы знаете, довольно обычная горная порода. Допустим, я взял образец пепла из вулканического слоя в Хадаре, и в нем оказалась примесь полевого шпата, смытого с гор дождями. Он может быть на 200 миллионов лет старше самого образца и содержать огромное количество аргона. Достаточно всего нескольких кристаллов, чтобы свести на нет всю работу по анализу образца. Именно поэтому мне пришлось самому поехать в Хадар и выбрать как можно более надежные образцы. Я понимал, что ваши находки слишком важны, чтобы снабжать их сомнительной датировкой.

 

Прибыв в Хадар в декабре 1974 года, Аронсон в первую очередь стремился познакомиться с реконструкцией стратиграфии, сделанной Тайебом. Он хотел также собрать образцы из базальтового горизонта, определить при случае другие слои, которые можно было бы датировать, и взять из них хорошие пробы. Они с Тайебом сразу же понравились друг другу. Тайеб показал свою схему стратиграфической колонки, провел Аронсона по отложениям. После этого Аронсон был предоставлен самому себе и приступил к самостоятельным изысканиям. Он отличался феноменальной работоспособностью, вставал каждое утро до рассвета и выскальзывал из лагеря, прихватив с собой геологический молоток и рюкзак. «Вот еще один глупый иностранец», — рассуждали уже успевшие подняться афарские женщины, когда он проходил мимо в предрассветных сумерках.

Аронсон бродил повсюду. «Сидя в автомобиле, геологию не выучишь»,-говорил он. Он начал с крайней западной части отложений и постепенно пересек весь массив, делая записи и собирая образцы. За день он проходил 10-15 миль. Он выделил несколько эталонных слоев, уже идентифицированных Тайебом, и проследил их ход через овраги и ущелья. Аронсон проделал это и с так называемым тройным туфом Тайеба — тремя узкими полосами вулканического пепла, которые образовались одна за другой в сравнительно короткий промежуток времени и были разделены отчетливым слоем. Это был слой остракод, названный так из-за обилия раковинок мельчайших водных организмов, процветание которых в определенный геологический период было связано с наличием в озере веществ, благоприятных для их роста. Этот слой вместе с окружающим его тройным туфом был одним из наиболее легко распознаваемых эталонных горизонтов в стратиграфической колонке Тайеба. Для Аронсона он значил то же, что табличка с названием улицы в незнакомом городе.

Аронсон медленно шел вдоль тройного туфа и слоя остракод в восточном направлении. Он распознал еще один горизонт, выделенный Тайебом. — слой гастропод, в котором преобладали раковины небольших пресноводных улиток. Он проследил ход и этого горизонта, а также хорошо выраженного слоя глины, который на нашем жаргоне получил название слоя «ГК» (глиняное конфетти), потому что под действием эрозии выглядел совсем как конфетти. Ознакомившись с расположением слоев, Аронсон был поражен скрупулезностью стратиграфической реконструкции Тайеба.

Наконец, Аронсон достиг базальтового слоя — лавового потока, который появляется в верхней части отложений восточного края массива и поддается датировке. Напомним, что его первые, несколько сомнительные образцы позволили определить возраст слоя в три миллиона лет с ошибкой ±200 тысяч лет. Аронсон хотел удостовериться в точности полученной цифры и уменьшить величину ошибки. Он собрал ряд образцов, заботясь главным образом о том, чтобы целостность их структуры не была нарушена.

Базальтовый слой с самого начала поставил геологов в затруднительное положение, так как место его в стратиграфической колонке было не вполне ясным: он не проходил через все отложения, а встречался только в их восточной части. Чтобы соединить его с основным массивом, где были найдены ископаемые остатки, нужно было изучить слои, расположенные выше или ниже, и найти аналогичные горизонты в других местах. Правда, над базальтом ничего не было — все вышележащие слои были разрушены эрозией. Он выходил прямо на поверхность, и геологи могли гулять по базальтовым обнажениям, ниже которых было несколько слоев, настолько невыразительных, что обнаружить их продолжение в других местах было очень трудно. Тайеб сделал все что мог. Он решил, что нашел хорошее соответствие, и поместил базальтовый слой на высоте 90 метров от основания разработанной им стратиграфической колонки.

 



Датировкой и стратиграфией в Хадаре занимался Джеймс Аронсон (на переднем плане). Он часами бродил по отложениям в такой позе. Позади-его помощник Боб Уолтер, опытный вулканолог.

 

Как-то раз Аронсон вернулся в лагерь и сообщил, что базальт расположен не там где нужно. Он намного древнее и должен находиться соответственно гораздо ниже.

— У вас есть какие-нибудь доказательства ? —  спросил Тайеб.

— Думаю, что да.

Во время своих каждодневных скитаний Аронсон замечал такие детали, которые укрывались от менее зорких глаз других геологов, наезжавших в Хадар. Во-первых, он установил, где находился край лавового потока, прежде чем начать отвердевать. Другие тоже видели эту границу, но не обследовали ее подробно. Аронсон занялся этим делом. Непосредственно перед лавовым натеком он обнаружил заполненную песком лощину, возникшую в результате эрозии после извержения вулкана. О том, что это произошло позже, свидетельствовали блоки базальта, отколовшиеся от основного массива и упавшие в ложбину. Если бы ложбина образовалась до извержения, она была бы заполнена песком и гравием, а базальтовые глыбы могли оказаться только на ее поверхности, но не на дне, как это было на самом деле.

Удостоверившись в этом, Аронсон занялся обследованием содержимого ложбины, которое оказалось на редкость неинформативным. По структуре оно напоминало другие песчаные породы, часто встречающиеся в отложениях Хадара. Но в слое, расположенном непосредственно над углублением, Аронсон обнаружил отчетливые отпечатки корней древних растений. Горя от нетерпения, он проследил за ходом этого слоя и выявил аналогичные отпечатки корней в основной части отложений — они находились на 20 метров ниже слоя остракод. Наконец-то было найдено убедительное связующее звено.

— Я боюсь, что придется опустить базальтовый слой вниз, — сказал Аронсон Тайебу.

Это могло быть неприятным моментом, но не для Мориса Тайеба. Он был из тех, кто всегда стремится к истине и забывает о своем самолюбии. Я знаю антропологов и геологов, которые до последнего держатся за свои выводы, даже тогда, когда всем становится ясно, что они ошибочны. Не таков был Морис. Когда Аронсон выложил перед ним поистине блестящие результаты своего детективного расследования геологической истории, Тайеб был в восторге.

Кабете, экспедиционный повар, занимался приготов­лением пищи на свежем воздухе, развесив тряпки, кастрюли, сково­родки и даже съестные припасы на ближай­шей акации. На снимке Кабете месит тесто, чтобы печь хлеб. Две козьи туши ждут своей очереди.

Работы в лагере близились к завершению, Тайеб вернулся во Францию. Те из нас, кто еще не уехал — Аронсон, я и несколько других, — вынуждены были умерить аппетит и питаться остатками продуктов, которые наш повар Кабете стремился по возможности растянуть. В основном он готовил блюда из козлятины: жареная козлятина, печеная козлятина, фрикасе из козлятины, кебаб из козлятины, котлеты из козлятины. И вот настал черед маленького козленка, к которому очень привязался Аронсон. Сидя за ужином, он спросил: «Что это?».

— Козлятина.

— Какая козлятина? Ведь коз больше не осталось.

— Нам пришлось зарезать вашего маленького козленка.

Аронсон встал из-за стола, отказался от ужина и ушел из лагеря в пустыню. Никто больше не видел его до самого утра.

— Мы были вынуждены это сделать, — извиняющимся тоном сказал я, когда встретил Аронсона.

— Да, да, я знаю, — ответил он, но было ясно, что убийство маленького беспомощного существа, с которым он встретился и подружился в этой пустынной стране, произвело на него тягостное впечатление. В тот же день он уехал в Соединенные Штаты, забрав с собой образцы пород.

 Эти образцы рассказали Аронсону о многом. Во-первых, в результате серии опытов были получены цифры, близкие к трем миллионам лет. Это были обнадеживающие итоги. Они не только подтверждали прежние датировки, но и позволили снизить возможную ошибку с ± 200 тысяч до ± 50 тысяч лет. Иными словами, разброс уменьшился в  четыре раза.

Однако Аронсон все еще не был удовлетворен. Изучив базальтовые образцы под микроскопом, он нашел, что даже самые лучшие из них отмечены хотя бы незначительными следами разрушения и, следовательно, могли утратить некоторое количество аргона. Если это так, то возраст базальта, несомненно, больше трех миллионов лет. Правда, нельзя было сказать, насколько болыпе, — неизвестно, какая доля газа улетучилась.

Тогда Аронсон решил проверить свои догадки. Он специально подобрал ряд в той или иной мере измененных образцов и подверг их анализу, исходя из предположения, что чем сильнее разрушен образец, тем ощутимее будет утечка аргона и меньше определяемый возраст. Это предположение подтвердилось. Возраст образца, эродированного настолько, что цвет его вместо почти черного был серым, оказался на 400 тысяч лет меньше. А еще более серый и разрушенный кусок породы оказался моложе на 500 тысяч лет, так как потерял еще больше аргона. Поскольку деформация «плохих» образцов (хорошо заметная невооруженным глазом) носила, по существу, такой же характер, как и видимые только под микроскопом изменения «хороших» образцов, Аронсон с неохотой признал, что и они в какой-то мере деградировали и, значит, он вынужден будет мириться с небольшой, но пока не поддающейся учету ошибкой.

— Вашему базальту по меньшей мере три миллиона лет, можете быть в этом уверены. Но я подозреваю, что он еще древнее, — заявил мне Аронсон.

— И насколько древнее?

— Этого я пока не знаю. Может быть, нам придется прибегнуть к помощи палеомагнитного метода.

 

Как выяснилось, Аронсон был прав, и метод палеомагнетизма (изучение магнитных свойств самой Земли) действительно помог нам уточнить датировки. Земля — это магнит. Подобно всем магнитам, она имеет положительный и отрицательный полюсы. Сегодня положительный полюс близок к Северному, а отрицательный — к Южному полюсу. Такое состояние считается «нормальным». Но по причинам, связанным с перемещениями расплавленного магнитного вещества в недрах Земли, полюса время от времени меняются местами, наступают периоды «аномалий», когда Северный полюс становится отрицательным, а Южный-положительным.

Изучая расположение магнитных кристаллов внутри скальных пород, геологи смогли зафиксировать периоды аномалий, имевшие место на протяжении нескольких прошедших миллионов лет. Разумеется, ученые были не в состоянии определить точное время, когда происходили эти смены полюсов, а могли, лишь указать на их последовательность. В 1972 году, воспользовавшись хлынувшим из лабораторий потоком абсолютных датировок, основанных на изучении изотопов, трое специалистов независимо друг от друга пришли к сходным выводам относительно времени палеомагнитных изменений. Связав их с реальными геологическими событиями, они получили цифры, пригодные для всего мира, а значит, и для уточнения датировок Хадара. Для этого нужны были только образцы с магнитными кристаллами.

Геолог Том Шмитт подобрал серию из четырехсот образцов горных пород, расположив их в хронологическом порядке. В результате анализа их магнитных свойств выяснилось, что базальтовый слой формировался в один из периодов аномальной полярности. Но когда именно? В так называемый   «период   Маммот» (3,1-3,0 млн. лет назад)? Или в более древний «период Гилберт» (3,6-3,4 млн. лет)? Во всяком случае, не в промежутке между ними, так как здесь на протяжении 300 тысяч лет полярность все время была нормальной.

— Итак, — сказал я Аронсону, — с помощью палеомагнетизма мы можем установить, что возраст базальта должен быть от 3,1 до 3,0 миллиона лет или же больше 3,4 миллиона.

— Совершенно верно, — ответил Аронсон. — Я считаю вторую цифру более подходящей, но пока не могу этого доказать. Если базальт все-таки подвергся изменению — а я думаю, что так оно и было, — тогда наши тесты несколько занижают его возраст. В этом случае его датировка не уложится в пределы «периода Маммот», ограниченного цифрой в 3,1 млн. лет. Возраст 3,2 или 3,3 млн. лет исключается, так как магнитная полярность в этот промежуток времени была нормальной. Значит, остается «период Гилберт» с соответствующей датировкой в 3,4-3,6 млн. лет.

— Хорошо, но какую именно цифру я должен принять?

— Это уж от вас зависит. На мой взгляд, самое разумное придерживаться датировки в три миллиона лет. Эту цифру дает нам калий-аргоновый анализ, и пока она не будет опровергнута, лучше исходить из этого результата. Но я бы сделал оговорку и сказал «не меньше трех миллионов». Именно это и нужно написать в нашей статье о датировке Хадара.

Недостаточно точное определение возраста базальтового слоя чрезвычайно беспокоило Аронсона. Чтобы внести необходимые коррективы, он решил привезти в Хадар одного из своих помощников — специалиста-вулканолога Боба Уолтера. Во время долгих странствий по отложениям Хадара Аронсон понял, что история вулканической активности этого района необычайно сложна, и надеялся с помощью Уолтера внести в нее некоторую ясность. А что если тому удастся найти вулканические туфы, пригодные для датировки! Ведь до сих пор единственным надежным горизонтом был базальт, а между тем при определении возраста важно иметь несколько датированных слоев для возможных сопоставлений и проверки.

Определение возраста ископаемых остатков из Хадара заняло семь лет и потребовало сопоставления результатов пяти различных методов: геологического, калий-аргонового, метода следов распада, палеомагнитного и биостратиграфического. Все они были необходимы для постепенного создания подробной и точной стратиграфической колонки. Слева представлен первый вариант колонки, разработанный Тайебом в 1973 году на основании одних только геологических данных.
Последующие три года принесли массу нового ископаемого материала и новых датировок, которые в 1979-1980 годах были исправлены с учетом данных о палеомагнетизме и об ископаемых свиньях (биостратиграфия). Полученные результаты позволяют Аронсону утверждать, что возраст базальта 3,75 млн. лет. Если это так, то древность Люси и «первою семейства» составляет около 3,5 млн. лет, а челюстей и коленного сустава — около 4 млн. лет.

Уолтер прибыл в Хадар осенью 1975 года и довольно быстро обнаружил нечто весьма ценное: три довольно тонких слоя вулканического пепла, расположенных близко друг к другу и занимающих относительно высокое место в стратиграфической схеме отложений. Он назвал эти слои ВКТ-1, ВКТ-2 и ВКТ-3. От первого и третьего горизонтов пришлось почти сразу же отказаться — они содержали слишком много примесей и были непригодны для датировки, зато второй (средний) выглядел весьма многообещающе. Уолтер показал его нам с Тайебом, и мы, основываясь на положении слоя в стратиграфической колонке, с ходу прикинули его возможный возраст.

— Ему, видимо, около двух с половиной миллионов лет, — заявили мы.

Боб собрал ряд образцов и отвез их в Кливленд. Несколько он отдал Аронсону для калий-аргонового датирования, остальные использовал для определения возраста иным способом, которым он прекрасно владел. Мы с нетерпением ждали результатов и очень надеялись, что оба метода анализа дадут сходные ответы.

 

Для определения возраста Уолтер применял так называемый «метод следов распада». Он основан на присутствии урана в мельчайших кристаллах циркона, встречающихся в вулканическом туфе. Эти кристаллы бывают разных размеров; крупные считаются полудрагоценными камнями.  Те, которые  вкраплены в вулканические породы, чрезвычайно малы. Это прозрачные, как стекло, брусочки с заостренными концами, чем-то похожие на хрустальные подвески для люстр. Однако они настолько малы, что распознать их кристаллическое строение можно только под микроскопом. Подготовленный для анализа образец одинаковых по размеру кристаллов циркона, взятых из вулканического туфа и очищенных от посторонних примесей, напоминает пробирку, заполненную речным песком с такими мелкими зернами, что по структуре он приближается к порошку.

Подготовка образца начиналась с отбора сходных по внешнему виду проб вулканического пепла из какого-либо горизонта туфов Хадара. Затем Уолтер просеивал пепел через ряд сеток с постепенно уменьшающимися ячейками с целью отделить мельчайшие кристаллы различных минералов. Чтобы получить циркон в чистом виде, он погружал кристаллы в растворы различной плотности. Кристаллы циркона, будучи самыми тяжелыми, всегда опускались на дно, тогда как более легкие всплывали. Уолтер сливал всплывшие частицы и сохранял осадок. Повторив эту процедуру несколько раз, он получал практически чистый образец циркона.

Мельчайшие кристаллы циркона позволяют определить возраст по следам распада урана. Вначале нужно получить чистые образцы кристаллов, затем отполировать их, удалив с поверхности все царапины. Любые следы, оставшиеся в кристалле, — результат расщепления ядер урана, которые распадаются один за другим на протяжении длительного времени. Число таких следов указывает на возраст кристаллов.

Затем кристаллы циркона нужно выложить в небольшую плоскую тефлоновую посудину, причем таким образом, чтобы они образовали на ее дне плотный слой толщиной в один кристалл. Сделать это не так трудно, как кажется: длина кристаллов в несколько раз больше их ширины, поэтому для них естественно лежать на боковой грани. Зафиксировав кристаллы с помощью специального клеящего вещества, их полируют, чтобы удалить с наружных поверхностей все возможные царапины и следы разрушения. Эта процедура совершенно необходима — в дальнейшем Уолтер будет искать под микроскопом небольшие, похожие на царапины следы, образовавшиеся при распаде урана внутри кристалла. Для определения возраста Уолтеру нужно будет считать эти следы, поэтому на поверхности не должно быть ничего такого, что можно с ними спутать, — даже малейших неровностей.

Уран-238 — радиоактивный элемент, который распадается с малой, но постоянной скоростью и превращается в свинец, подобно тому как калий-40 превращается в аргон. Различие состоит в том, что образование аргона из калия — это «тихий» процесс, тогда как распад урана сопровождается выбросом энергии. Хотя сила взрыва невелика, он способен вызвать смещение других атомов в кристалле циркона, и в результате остается малозаметный след. Так по примятой ржи можно определить, что по полю недавно прошел человек. Трещинки, образовавшиеся в кристалле циркона, носят название следов распада. После соответствующей химической обработки они увеличиваются и делаются видимыми под микроскопом.

Уран-238 распадается гораздо медленнее, чем калий-40. Период его полураспада составляет много миллиардов лет. Если содержание урана в цирконе невелико, то при таких темпах в кристалле и за сотни тысяч лет может не произойти ни одного «взрыва».

— Чтобы число следов распада было сколько-нибудь значительным, нужна довольно высокая концентрация урана, — объяснял Уолтер. — Правда, если урана окажется слишком много, то дорожки следов будут пересекаться и мы не сможем их подсчитать. Для наших целей наилучшее соотношение — двести или триста частей урана на миллион частей циркона. Когда концентрация ниже 50 частей на миллион, работать невозможно. Получив образец с нужным содержанием урана и тщательно отполировав поверхности кристаллов, я кладу его под микроскоп и приступаю к подсчету следов. Я просчитываю их примерно в десяти кристаллах. Вы, наверное, сейчас подумали, почему я ограничиваюсь таким малым числом, а не просматриваю 50 или 60 кристаллов. Однако по опыту работы я знаю, что десяти вполне достаточно. Все подсчеты, сделанные сверх этого, лишь укрепят вас во мнении, которое уже сложилось.

Определение возраста по следам распада урана дает менее точные результаты, чем калий-аргоновый метод. Зато для первого метода разрушение (выветривание) образцов не служит помехой, как для второго. Еще важнее, с точки зрения Аронсона, то, что датировка осуществляется совершенно иным способом. Допустим, кто-нибудь оценивает возраст дерева по годичным кольцам, а затем берет серию фотографий из семейного архива и, зная возраст лиц, снятых на фоне того же дерева, косвенным путем еще раз определяет его возраст. Наконец, находится пара стариков, которые будто бы помнят, когда это дерево посадили. Если результаты трех методов согласуются между собой, можно с уверенностью сказать, что возраст дерева удалось установить.

Примерно так же обстоит дело и с методикой Уолтера. Полученные с ее помощью  результаты  повысили надежность датировок Хадара. Так, древность туфа ВКТ-2 оказалась равной 2,58 млн. лет, т.е. почти совпала с калий-аргоновой датировкой Аронсона — 2,63 млн. лет.

После того как Аронсон и Уолтер завершили свою работу, стратиграфическая колонка Хадара выглядела следующим образом: почти на самом верху слой вулканического пепла древностью примерно в 2,6 млн. лет — возраст подтвержден двумя различными методами; глубже лежит базальтовый слой возрастом в три миллиона лет-установлено с помощью десятка калий-аргоновых тестов, давших сходные результаты. Между ними находилась Люси. Возраст ее, судя по уровню залегания, можно было определить в 2,9 млн. лет.

— Но наверняка мы этого все же не знаем, — заявил я Аронсону. — Если вы считаете, что базальт древнее, то древнее будет и Люси. Может быть, стоит снова взяться за ископаемых животных?

— В подобной ситуации это самое лучшее.

Ну что же, опять Бэзил Кук с его цепочками свиней. Они уже помогли разгадать тайну датировок, приписываемых находкам с берегов озера Туркана. В частности, возраст черепа 1470, найденного Ричардом Лики и принадлежащего Homo habilis, уменьшился с 2,9 до 2,0 млн. лет. Не исключено, что свиньи внесут свои коррективы и в датировку нашей Люси. Однако они могут лишь увеличить, а не уменьшить ее возраст. По мере того как я рассматривал исключительно примитивные костные остатки животных из нашей коллекции, во мне крепла уверенность, что так именно и произойдет.

Однако в те времена моим предположениям не суждено было выйти из разряда гипотетических. Оказалось, что хотя Бэзил Кук и проследил линии свиней вплоть до уровня в четыре миллиона лет, он был еще не готов обнародовать свои результаты. Фактически до 1978 года он хранил молчание, а затем опубликовал статью, в которой, сравнивая свиней Хадара и Омо, писал: «Для Люси более правдоподобен возраст 3,0-3,4 млн. лет, чем цифра 2,9 млн., которую дал анализ базальтового слоя».

Эта на первый взгляд простенькая фраза была равносильна взрыву бомбы. Она означала, что базальт относится не к периоду Маммот, а к периоду Гилберт, что древность Люси возрастает до 3,3-3,4 млн. лет, что фрагменты челюстей, найденные в самом низу, под базальтом, могут насчитывать 3,7 млн. лет.

Я много бы дал, чтобы получить эту информацию еще в 1975 году. Это упростило бы некоторые проблемы. Может быть, мне следовало дождаться выводов Кука. Но тогда я должен был сообщить о находках Хадара. Нельзя во всеуслышание объявить о каком-нибудь открытии, а потом умолкнуть. Публика требует от вас подробностей. Я выпустил в свет статью — и совершил ошибку. Вообще в своих ранних публикациях я допустил несколько промахов. В первой статье мы с Тайебом слишком высоко поместили слой базальта. Затем появилась вторая статья о Люси и челюстях — и вместе с ней вторая ошибка: я отнес описываемые находки к разным видам. Позднее, касаясь вопроса о датировках, я выступил с цифрой три миллиона лет для базальтового слоя. Оказалось, что я сделал третью ошибку. Для ровного счета. Одна — в геологии, одна — в антропологии, одна — в датировке. Но ведь не ошибается тот, кто ничего не делает. В процессе работы все можно исправить.

 


* Разумеется, в расчете на те же 400 г исходного камня. — Прим. ред.


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

 

Hosted by uCoz