История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие - Дональд Протеро Страница 26

время как каменных метеоритов и хондритов гораздо больше. Но если вы попробуете поднять фрагмент такого метеорита, вас поразит его тяжесть. Железоникелевые намного плотнее каменных метеоритов или хондритов, и поэтому их масса составляет 90 % общей массы известных метеоритов. Такие образцы непропорционально часто оказываются в коллекциях, потому что характерно выглядят (даже для неспециалиста), более устойчивы к выветриванию на земной поверхности, а также лучше сохраняются при прохождении через атмосферу.

Как следует из названия, они состоят в основном из железа; примерно 5–25 % приходится на никель, а еще в их составе небольшое количество кобальта и других более редких элементов. Таким образом, по химической структуре они гораздо проще, чем каменные метеориты и хондриты, которые содержат множество разных веществ и минералов.

Однако самое интересное в железоникелевых метеоритах – то, что они предоставляют нам образцы вещества, составляющего ядро у многих планет (включая нашу). Анализ спектра некоторых астероидов (так называемый спектральный класс М) показывает, что у них тот же состав, что и у железоникелевых метеоритов. Геохимические исследования последних свидетельствуют, что первоначально они находились в ядрах крупных протопланет, которые с тех пор распались. В этих метеоритах также содержится магний-26, который указывает на радиоактивное тепло, расплавлявшее протопланеты и порождавшее дифференциацию: более плотные вещества (железо и никель) оседали в их ядра и отделялись от мантий.

Такая информация согласуется с тем, что сообщают нам о ядре нашей планеты геофизические данные. С помощью сейсмологии можно определить размер ядра: оно находится под мантией, начинаясь на глубине 2900 км. Сейсмология и гравитационные измерения показывают, что плотность ядра примерно в 10–12 раз больше плотности воды; это может обеспечить только какой-то очень плотный металл под огромным давлением. Наконец, наличие у Земли магнитного поля заставляет предположить, что ядро должно быть хорошим электрическим проводником: это наводит на мысли о таких металлах, как железо и никель. Благодаря метеоритам мы знаем, что только железо и никель были распространенными материалами в ранней Солнечной системе, которые соответствуют этим свойствам (плотность, электропроводность), а потому единственное разумное объяснение таково: в центре Земли находится железоникелевое ядро.

Свинец повсюду

Но сколько лет таким метеоритам, как Каньон-Дьябло из кратера Барринджера? В отличие от каменных метеоритов и хондритов, в которых содержатся силикатные минералы, в железоникелевых метеоритах есть только железо, никель и некоторые другие металлы (в частности, кобальт и свинец), поэтому невозможно использовать традиционные способы датирования – калий-аргоновый или рубидиево-стронциевый метод. Проблемы обнаруживаются даже с обычным уран-свинцовым датированием: ведь возраст пород превышает 4 млрд лет, и потому количество родительского урана в них так мало, что практически не поддается измерению. Какие методы годятся для таких древних объектов?

В 1948 г. за эту задачу взялся молодой химик Клэр Паттерсон (рис. 10.6). Паттерсон родился в Митчелвилле (штат Айова) в 1922 г. Он поступил в Гриннеллский колледж, а затем получил в Университете Айовы степень магистра в области масс-спектроскопии. Во время войны его с женой, тоже химиком по профессии (они познакомились в Гриннелле), привлекли к Манхэттенскому проекту, в рамках которого создавали первую атомную бомбу. Когда война закончилась, Паттерсон начал работать над докторской диссертацией в Чикагском университете. Его научный руководитель Харрисон Браун предложил метод датирования с помощью измерения дочерних продуктов свинца (свинца-206 и свинца-207), образующихся при распаде двух разных изотопов урана – урана-238 и урана-235. Поскольку уран превращается в свинец с разной скоростью в каждой системе, соотношение урана и свинца в них можно отобразить на графике, и наклон получающейся прямой укажет на возраст образцов. Еще один молодой ученый, Джордж Тилтон, занимался определением количества урана – для проверки получаемых результатов.

Рис. 10.6 Клэр Паттерсон в Калифорнийском технологическом институте. Источник: Caltech Archive

В теории все казалось просто, поэтому Паттерсон приступил к своим измерениям. К его ужасу, в полученных результатах был огромный разброс и явно слишком высокий уровень помех. Существовало что-то, добавлявшее свинец в систему; ученый измерял скорее фоновое загрязнение свинцом, нежели содержание его в самом образце. Паттерсон пытался устранить в лаборатории все загрязняющие факторы. В «чистом помещении» исследователи сначала принимали душ, а затем облачались в специальную защитную одежду (чтобы не разлетались посторонние вещества), натягивали бахилы, шапочки, хирургические маски. Все поверхности комнаты и аппаратуры содержали в стерильном состоянии. Снова и снова химики старались добиться, чтобы свинец извне никак не мог попасть в образцы и обесценить работу. Как только Паттерсон исключил любые нарушения чистоты в помещении, результаты резко улучшились. В 1953 г. ученый показал, что возраст метеорита Каньон-Дьябло равен 4,54 ± 0,05 млрд лет. Метеорит оказался самым старым объектом из всех датированных до этого момента, и поэтому возраст ядра Земли (и, вероятно, всей Солнечной системы) также должен составлять 4,5 млрд лет.

Тем временем Паттерсона назначили руководителем геохимической программы Калифорнийского технологического института, и он построил там новую идеальную по чистоте лабораторию. (В ней ученый трудился до своего выхода на пенсию, а мне удалось посмотреть его старую лабораторию, когда я побывал в Калтехе.) После этого Паттерсон задался вопросом, не загрязнена ли свинцом вся окружающая среда – даже воздух вне лаборатории. К тому моменту чувствительность его аппаратуры была настолько высока, что он мог обнаружить ничтожные количества свинца в воздухе, воде и многих других веществах. С удивлением и ужасом он обнаружил, что свинец присутствует почти везде – в том числе у нас в организмах, куда попадает вместе с водой и пищей. Изучив образцы воды из гренландских ледяных кернов, он установил, что такое загрязнение свинцом произошло совсем недавно. По сути, свинец начал появляться в то же самое время, когда нефтяные компании принялись добавлять его в бензин, чтобы уменьшить детонацию и стук в двигателях. Свинец также использовался в красках, глазури, контейнерах для пищевых продуктов и даже в системах водоснабжения. О том, что свинец токсичен, люди знали уже более века. Многие ученые считают, что одним из факторов, разрушивших Римскую империю, стало отравление свинцом питьевой воды, которая текла из труб. Тем не менее почему-то никто не думал, что добавление свинца в такое количество продуктов может потенциально загрязнять окружающую среду.

Паттерсон опубликовал свои результаты в 1965 г. и сразу же столкнулся с негативной реакцией со стороны влиятельных отраслей, которые травили людей, – включая нефтяные компании, предприятия, добывающие свинец, производителей свинцовых добавок и особенно их лоббистские группы. Компания Ethyl Corporation (выступавшая за добавление тетраэтилсвинца в бензин) нападала на него всеми доступными способами. Представляющий эту компанию химик-эксперт Роберт Кехо раз за разом свидетельствовал, что никаких проблем с загрязнением свинцом не существует.

Как не раз бывало в сражениях по поводу вреда табака, разрушающих озон хлорфторуглеродов и кислотных дождей,