Лишь после открытия явлений радиоактивности стали возможны действительно надёжные определения возраста Земли. Сущность этих явлений заключается в том, что атомы некоторых химических элементов (получивших название радиоактивных) находятся в неустойчивом состоянии и распадаются, переходя в атомы других элементов. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не получатся устойчивые атомы, образующие элементы, уже не обладающие свойством радиоактивности. Так, например, уран, для которого впервые было открыто (в 1896 г.) это явление распада атомов, переходит сначала в радий (открыт супругами Кюри в 1898 г.) и в гелий — очень лёгкий газ, впервые открытый на Солнце, а затем и найденный на Земле. Гелий дальнейшим изменениям не подвергается. Радий же, в свою очередь, является радиоактивным элементом, и его атомы продолжают распадаться, пока, наконец, не получатся атомы свинца. Распад атомов радия происходит значительно быстрее, нежели атомов урана. Через 1 500 лет грамм радия превращается в полграмма радия и почти полграмма свинца. Таким образом, конечными продуктами превращения урана являются свинец и гелий. Свинец, образовавшийся из урана, обладает теми же химическими свойствами, что и обычный свинец, но имеет слегка другой атомный вес (206,0 вместо 207,1). Это и даёт возможность отличить его от свинца иного происхождения.
Процесс превращения урана в свинец и гелий происходит крайне медленно. Если мы возьмём килограмм урана, то через 66 миллионов лет один процент, т. е. всего 10 граммов, урана превратится в 8,65 грамма свинца и 1,35 грамма гелия. В течение следующих 66 миллионов лет один процент оставшегося урана, т. е. 9,9 грамма, превратится в 8,564 грамма свинца и 1,336 грамма гелия. В следующие 66 миллионов лет один процент оставшегося урана, т. е. 9,801 грамма, в свою очередь, превратится в 8,478 грамма свинца и 1,323 грамма гелия, и т. д.
Самым замечательным является то, что скорость этого процесса, т. е. скорость распада атомов радиоактивных веществ, не зависит от тех условий, в которых вещество находится. Соответствующие опыты показали, что как при температурах, близких к абсолютному нулю (-273° по Цельсию), так и при температурах в несколько тысяч градусов распад атомов происходит одинаково быстро. Точно так же на быстроту распада атомов не влияет и повышение давления до десятков тысяч атмосфер.
Таким образом, определив в какой-либо горной породе количество свинца, образовавшегося из урана, мы можем высчитать возраст этой породы, т. е. число лет, протекших с того момента, когда она застыла. Такой способ годится, конечно, только для определения возраста твёрдого вещества, так как в жидком и газообразном состоянии свинец, получающийся от распада урана, может покидать место своего образования.
Этот способ определения возраста дал для более молодых горных пород, образующих верхние слои Земли, результаты, прекрасно согласующиеся с теми оценками их относительного возраста, которые делали геологи, исходя совсем из других соображений. Применяя этот способ к самым древним породам, получили для их возраста числа от 1 500 до 3 500 миллионов лет. Мы можем, следовательно, утверждать, что твёрдая оболочка Земли образовалась около трёх миллиардов лет тому назад.
Изучение явлений радиоактивности ещё только начинается. Но мы уже знаем, какую важную роль эти явления играют в природе. Превращение одних химических элементов в другие, сопровождаемое огромным выделением энергии, является одним из основных мировых процессов. Этот процесс даёт то огромное количество света и тепла, которое испускается Солнцем и звёздами на протяжении многих миллиардов лет. Роль радиоактивных веществ в жизни нашей Земли только ещё начинает выясняться, но не подлежит сомнению, что она очень велика.
Во всяком случае, в явлениях радиоактивности, так широко распространённых в природе, что нет уголка Земли, где бы мы не могли открыть следов распадающихся атомов, уже найдены превосходные часы для измерения прошлого.
Заключение
На предыдущих страницах было рассказано, как в различные эпохи люди подходили к решению вопроса о происхождении Земли. Теперь нам остаётся ещё сделать несколько заключительных замечаний, необходимых для того, чтобы правильно оценить достигнутые результаты и вполне уяснить себе, чего мы можем ожидать от науки в будущем.
Прежде всего, надо отдать себе отчёт в том, какую небольшую часть своей жизни прожило человечество и как молода ещё наука. Это можно сделать при помощи следующего расчёта.
Примем возраст Земли, считая его от образования твёрдой коры, равным трём миллиардам, т. е. 3 000 миллионов лет. Геологические изыскания самыми разнообразными путями убеждают нас в том, что жизнь на Земле зародилась около 300 миллионов лет тому назад. Переходя от самых древних пластов земной коры, где впервые встречаются остатки простейших животных и растений, к более новым, мы видим, как развивалась жизнь, как появились сначала ракушки, потом исполинские раки, рыбы, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. Наконец, в слоях Земли, возраст которых оценивается примерно в 300 000 лет, впервые встречаются следы существования человека. Понадобилось таким образом всего 300 000 лет, или, иначе говоря — смена примерно 10 000 поколений для того, чтобы первобытный обезьяноподобный человек превратился в современного.
С точки зрения нашей привычной мерки такой промежуток времени представляется очень большим — ведь вся историческая жизнь человечества охватывает лишь несколько тысяч лет. Но в жизни Земли, как прошедшей, так и будущей, время существования людей, время, в течение которого люди занимались наукой, представляет лишь короткое мгновение. Чтобы лучше представить себе положение дела, прибегнем к следующему приёму.
Три миллиарда лет, принятые нами за возраст Земли, назовём «большим годом». Разделим этот «большой год» подобно обычному году на дни, часы, минуты и секунды. В таком случае продолжительность существования жизни составит, как легко рассчитать, 36½ «дней», а время существования человека — всего 52 «минуты» 36 «секунд».
Первые начатки науки мы находим примерно три тысячи лет тому назад. Это значит, что наука существует всего только 31 «секунду»!
Телескоп был впервые направлен на небо 7 января 1610 года и только с этого дня могло начаться действительно успешное изучение окружающего нас мира. Но с тех пор прошло… всего только три «секунды»!
Вот как молода наша наука, если её сравнивать с жизнью Земли!
Посмотрим теперь в другую сторону, в сторону будущего.
Мы имеем все основания думать, что те условия, в которых находится сейчас земной шар и которые делают возможным существование на нём жизни, не изменятся сколько-нибудь значительно в течение нескольких миллиардов лет. За это время не изменится заметно ни количество света и тепла, излучаемого Солнцем, ни расстояние от Земли до Солнца.
Таким образом, человечество, занимавшееся по-настоящему наукой в течение всего лишь нескольких «секунд», имеет перед собой для дальнейшего развития науки целые «годы». Что такое все наши познания, все достижения современной науки по сравнению с тем, что люди узнают за столь огромный промежуток времени. Ведь один «год» заключает 31½ миллиона «секунд». А таких «годов» человечество имеет перед собой, надо думать, ещё очень много.
Прибавим ещё, что быстрота развития науки, так же как и быстрота развития неотделимой от неё техники, стремительно возрастает. Ведь успехи науки и техники, например, за XIX столетие несравненно превосходят все достижения каждого из предыдущих веков. А по мере того как социальный строй улучшается и всё больше и больше людей получают возможность заниматься наукой, её движение вперёд будет делаться всё более и более быстрым.