Мы часто слышим о миллионах и миллиардах лет истории планеты Земля. Эти утверждения звучат с экранов телевизоров, из сети интернет, мы можем прочитать об этом в научных статьях и услышать в передаче для малышей, увидеть в рекламных роликах и в фильмах о природе. Представление о том, что наша планета очень стара, прочно вошло в сознание людей, причём не только учёных или интересующихся наукой, но и людей, от науки весьма далёких. Это представление стало для большинства безальтернативным: «Это так, потому что по-другому и быть не может, наука это доказала!» Однако Библия говорит об относительно небольшом промежутке времени, прошедшем от недели Творения до наших дней. Этот промежуток времени, рассчитанный по родословным библейских персонажей от Адама, даже с учётом возможных «пробелов» в родословных и расхождений между древними текстами [1] не превышает 10 тыс. лет. Откуда берётся столь большое расхождение между возрастом горных пород, принятым в современной геохронологии [2], и тем возрастом, о котором говорит Библия? Можно ли как-то совместить эти две точки зрения о возрасте Земли?
Радиометрические методы датирования
Прежде всего, хотелось бы отметить, что основой современной геохронологии являются радиометрические методы датирования. Именно они «отвечают» за те миллионы и миллиарды лет, которые приписывают сегодня горным породам. И потому для нас очень важно разобраться с вопросом о том, как «работают» эти методы, на каких общих принципах они основаны.
Метод радиометрического датирования был впервые предложен знаменитым британским физиком Эрнестом Резерфордом ещё в начале XX века. Суть его относительно проста и основана на явлении, называемом радиоактивным распадом.
Радиоактивный распад – физическое явление, заключающееся в том, что нестабильные атомы определённого химического элемента, называемые радиоактивными изотопами этого элемента, распадаются, обычно через ряд промежуточных нестабильных изотопов, образуя в конце цепочки распадов стабильные атомы, но уже другого элемента.
Каким образом данное явление может быть использовано для определения возраста горных пород? В теории – очень просто, и, пожалуй, лучшей иллюстрацией этого могут служить хорошо всем известные песочные часы.
Представим себе, что песок в верхней ёмкости песочных часов представляет собой изначальный радиоактивный изотоп (часто называемый «материнским»), а песок в нижней ёмкости – конечный стабильный изотоп (часто называемый «дочерним»). Сам процесс радиоактивного распада можно тогда представить как процесс перетекания песка из верхней ёмкости в нижнюю. Нетрудно заметить, что, зная количество песка в верхней и нижней ёмкостях часов в начальный момент времени, а также скорость перетекания песка из одной ёмкости в другую, мы, измеряя количество песка в ёмкостях в данный момент времени, можем рассчитать, сколько времени прошло между начальным и текущим моментами. Большинство методов радиометрического датирования используют этот же принцип: зная количество радиоактивного и стабильного элементов в образце горной породы в начальный момент времени, а также скорость радиоактивного распада и измеряя количество радиоактивного и стабильного элементов в этом образце в текущий момент времени, мы можем легко вычислить возраст данного образца. Вот так просто! Хотя на самом деле всё обстоит совсем не так просто, как может показаться на первый взгляд, но об этом немного позднее.
Название конкретного метода датирования обычно строится из названия начального радиоактивного элемента и конечного стабильного элемента. К примеру, в «уран-свинцовом» методе датирования в качестве начального элемента используется изотоп уран-238, а конечным элементом цепочки радиоактивных распадов является стабильный свинец-206 (цифры тут являются атомными массами – количеством протонов и нейтронов в ядрах атомов данного элемента). Наряду с уран-свинцовым методом, используются также калий-аргоновый, рубидий-стронциевый и некоторые другие методы.
Скорость радиоактивного распада характеризуется так называемым периодом полураспада данного изотопа – временем, за которое распадётся ровно половина его первоначального количества. Чем больше период полураспада, тем большие отрезки времени можно измерять с помощью соответствующего метода. К примеру, период полураспада урана-238 составляет 4.47 млрд лет, и он может быть использован для датирования образцов, возраст которых сравним с возрастом Земли и даже Вселенной (в представлении сторонников теории эволюции). А период полураспада изотопа калий-40, используемого в калий-аргоновом методе, равен 1.25 млрд лет, что позволяет датировать «более молодые» образцы.
Ограничения радиометрических методов датирования
Как уже упоминалось выше, радиометрическим методам датирования присущи определённые и весьма серьёзные ограничения. Для того чтобы понять их суть, возвратимся к иллюстрации с песочными часами.
Во-первых, откуда нам известно количество материнского и дочернего элементов в начальный момент времени? Ведь этот момент времени находился в далёком прошлом! В случае песочных часов мы, переворачивая их, точно знаем, что весь песок в этот момент находится в верхней ёмкости, и рассчитываем время, исходя из этого. Но в случае радиометрических методов датирования такой уверенности нет.
Во-вторых, вы не задумывались над тем, почему ёмкости песочных часов сделаны герметичными и единственное отверстие в них – это отверстие между ёмкостями, через которое и пересыпается песок? Разумеется, это сделано для того, чтобы песок не мог проникать в пространство вне ёмкостей, чтобы он мог перемещаться только между ними, то есть для того, чтобы песочные часы, как это часто называется в науке, были замкнутой системой. Если бы это было не так, точное определение времени с помощью песочных часов было бы очень затруднено. Но является ли такой замкнутой системой образец горной породы, используемый для радиометрического датирования? Очевидно, что нет, не является. То есть и радиоактивный элемент, и стабильный элемент могли поступать в образец или, наоборот, уходить из него не только в процессе радиоактивного распада, что ставит определённые вопросы к точности измерения возраста с помощью этих методов.
И, наконец, в-третьих, как при использовании песочных часов, так и при использовании радиометрических методов датирования критически важно, чтобы скорость перетекания песка из одной ёмкости в другую (в случае песочных часов) или скорость радиоактивного распада (в случае радиометрических методов датирования) оставалась постоянной на протяжении всего времени от начального момента и до момента измерения. Если это не так, ошибка в определении времени или возраста неизбежна.
Радиометрические методы и проблема большого возраста
Зачастую в креационистской литературе встречаются утверждения, что вышеперечисленные проблемы настолько серьёзны, что радиометрическим методам датирования вообще нельзя доверять и все оценки возраста, полученные с их помощью, неправильны. Однако это далеко не так. За время своего развития методология радиометрического датирования научилась обходить большинство этих ограничений. К примеру, сравнивая концентрации изотопов свинца в образце горной породы (свинец-206 от распада урана-238 и свинец-207 от распада урана-235 – так называемый свинец-свинцовый метод датирования), можно учесть потерю или, наоборот, привнесение материнского (урана) или дочернего (свинца) элементов не в процессе радиоактивного распада (т. е. решить вторую из упомянутых нами выше проблем методологии радиометрического датирования). А в методе изохрон для определения возраста образца вообще не нужно знать начальное соотношение материнского и дочернего элементов, оно определяется в самом методе (решение первой из упомянутых нами проблем методологии), а потеря или привнесение этих элементов не в процессе радиоактивного распада (вторая из упомянутых выше проблем) хорошо заметны на построенном графике изохроны [3]. Остаётся третья проблема методологии радиометрического датирования – предположение о постоянстве скорости радиоактивного распада. Но и тут нужно отметить, что процессы радиоактивного распада происходят на внутриядерном, а то и на внутринуклонном уровне (нуклоны – составные части атомного ядра, протоны и нейтроны) и в настоящее время науке неизвестны процессы, которые могли бы повлиять на скорость этих распадов. Радиоактивные распады – это точнейшие атомные и даже внутринуклонные часы, так что предположение о постоянстве скорости распадов выглядит сегодня вполне обоснованным.
Но в этом случае возникает проблема, заключающаяся в больших возрастах горных пород, получаемых с помощью радиометрических методов датирования. В большинстве случаев радиометрический возраст составляет сотни миллионов и миллиарды лет, что, по крайней мере, на первый взгляд, плохо вписывается в библейскую хронологию. Конечно, все эти методы обладают ограниченной точностью, в них возможны ошибки, но, исходя из того, что нам известно сегодня, даже эти ошибки никак не могут объяснить огромный временной разрыв между библейской хронологией и теми возрастами, которые получаются в результате радиометрического датирования.
Возможные решения проблемы большого радиометрического возраста горных пород
В креационистской литературе можно встретить несколько объяснений проблемы большого радиометрического возраста горных пород [4].
Одним из таких объяснений может служить концепция «старая планета Земля – молодая жизнь на планете Земля». Сторонники этой концепции предполагают, что описание Творения в Быт. 1-2 относится к сотворению условий для жизни на Земле и сотворению самой жизни и человека, которые произошли относительно недавно. В то же время Земля как «безвидное и пустое» небесное тело вместе с составляющими её горными породами могла существовать задолго до недели Творения, и радиометрический возраст горных пород относится именно к этим долгим эпохам её «предсуществования» (по отношению к неделе Творения, описанной в Библии).
Ещё одним часто встречающимся объяснением большого радиометрического возраста горных пород является концепция «взрослой Земли». Как растения и животные были созданы в виде уже взрослых особей, так и горные породы во время недели Творения могли быть созданы во «взрослом» состоянии – с изначально заложенным в них большим радиометрическим возрастом, определяемым соотношением между материнскими и дочерними изотопами. Радиометрический возраст горных пород в этом случае не имеет ничего общего с их реальным возрастом. Правда, может возникнуть вопрос: «А зачем Богу создавать эту видимость большого возраста?» Одна из причин, возможно, состоит в том, что это было необходимо для поддержания нужного уровня естественного радиационного фона, который, как мы сейчас понимаем, играет важную роль в процессах жизнедеятельности организмов, населяющих Землю.
Но возможное объяснение большого радиометрического возраста горных пород, которому я хотел бы уделить несколько большее внимание в этой статье, заключается в третьем ограничении, или ключевом предположении всех радиометрических методов, предположении о постоянстве скорости радиоактивных распадов.
Могла ли меняться скорость радиоактивных распадов в прошлом?
Выше мы уже отмечали, что радиоактивные распады являются точнейшими «часами» и сегодня нам, по сути, неизвестны процессы, которые способны повлиять на ход этих «часов». Но это сегодня, а как насчет прошлого нашей планеты? Могли ли в прошлом происходить процессы, способные повлиять на скорость радиоактивных распадов?
В библейской истории Земли было как минимум три периода времени, когда природные процессы могли происходить и происходили не так, как сегодня. Во-первых, Творение, когда «Он сказал – и сделалось; Он повелел – и явилось» (Пс. 32:9). Сотворение энергии и материи из ничего является прямым нарушением фундаментального закона природы – закона сохранения энергии. Во-вторых, грехопадение, когда по крайней мере животный мир пережил необъяснимые с точки зрения современной науки преобразования. Только представьте себе, сколько нужно было внести изменений в генетическую информацию, чтобы, к примеру, львы или тигры из травоядных животных превратились в плотоядных. Очевидно, что тут действовали процессы, которые не происходят сегодня и не описываются современной наукой. А ведь вполне возможно, что подобные процессы действовали не только в животном мире. Третьим таким глобальным событием был Всемирный потоп, также кардинально нарушивший естественный порядок вещей в природе и изменивший весь облик нашей планеты. Могли ли процессы, происходящие во время этих событий, повлиять на скорость радиоактивных распадов? В принципе, могли, но откуда взять научные свидетельства, доказывающие это утверждение?
И тут нам необходимо ответить на два вопроса, положительный ответ на которые может свидетельствовать о том, что с радиометрическими методами датирования действительно не всё в порядке.
Во-первых, есть ли у нас научные свидетельства того, что процессы в прошлом происходили не так, как они происходят сегодня?
Во-вторых, есть ли у нас научные свидетельства того, что реальный возраст Земли намного меньше того возраста, который дают нам радиометрические методы датирования?
Что не так с радиометрическим датированием?
Более или менее подробный ответ на эти два вопроса потребует написания нескольких статей, подобных этой. И я думаю, что мы ещё не раз будем возвращаться к этой теме на страницах нашего журнала. А в этой части данной статьи я приведу только два примера, которые относятся к этим двум вопросам, а также напрямую связаны с радиоактивными распадами и темой нашей статьи.
Первый пример относится к теме так называемых «радиогало». Дело в том, что при радиоактивном распаде (а именно a-распаде) испускаются субатомные частицы (a-частицы, ядра атомов гелия) с относительно высокой энергией, которые разрушают структуру окружающего вещества. И эти разрушения, имеющие в пространстве вид концентрических сфер, а в разрезе – концентрических кругов, можно увидеть под микроскопом на тонких срезах вещества, содержащего вкрапления радиоактивных элементов. На рисунке как раз показано такое «радиогало» от радиоактивного распада урана-238, использующегося, как мы помним, в уран-свинцовом методе датирования.
В центре этой концентрической структуры находится собственно та частичка радиоактивного элемента, которая эту структуру и породила, а окружающие её концентрические круги – результат разрушительной работы a-частиц (на самом деле это не круги, а сферы, поскольку a-частицы летят во всех направлениях равномерно). Почему таких кругов несколько? Вспомним, что радиоактивный распад урана-238 в стабильный свинец-206 проходит в несколько этапов, на каждом из которых образуется ещё один радиоактивный изотоп, который распадается с образованием следующего радиоактивного изотопа, и так до тех пор, пока всё не останавливается на стабильном свинце. В этой цепочке несколько (в среднем 8) радиоактивных изотопов распадаются через a-распад, причём для распадов разных изотопов энергия испускаемых a-частиц также разная, а значит, разным будет и радиус «сферы разрушения» (чем больше энергия, тем больше радиус). Именно эту картину мы и видим, рассматривая радиогало на приведённом рисунке. Каждый круг отмечает границу «сферы разрушения» для какого-либо промежуточного радиоактивного изотопа (их названия приведены на рисунке), а по радиусу этой границы мы можем точно сказать, о каком изотопе идёт речь. Другими словами, по виду данного конкретного радиогало мы можем точно определить породивший его радиоактивный распад, радиогало – это «отпечатки пальцев» радиоактивных распадов.
Для чего нам вся эта информация? Дело в том, что, исследуя радиогало от различных распадов, заключённых в первичных гранитах, учёный-физик Роберт Джентри обнаружил большое количество радиогало от изотопа полоний-218 [5]. Важность этого открытия в том, что период полураспада полония-218 составляет всего 3 минуты, а радиогало может образоваться только в твёрдом веществе. Соответственно, первичные граниты, составляющие основу, фундамент материковой земной коры, затвердели всего через несколько минут после своего образования, иначе в них не могли бы образоваться радиогало от полония-218! Сегодня ничего подобного точно не происходит, а значит, процессы в прошлом шли совсем по-другому.
Второй пример также связан с распадом урана-238. Мы уже отмечали, что в одной цепочке распада этого изотопа выделяется в среднем 8 a-частиц, ядер атома гелия. Но что происходит с ними после этого? Каждое из них «подхватывает» два недостающих электрона из окружающего вещества и превращается в атом гелия. То есть результатом каждой цепочки распада радиоактивного урана-238, помимо стабильного свинца-206, являются еще и 8 атомов гелия.
Гелий, будучи очень подвижным, постепенно покидает кристаллическую решетку вещества, в котором находится частичка урана, и улетучивается в атмосферу. Если истинный возраст кристалла действительно составляет сотни миллионов или даже миллиарды лет, весь такой гелий должен был давно из него улетучиться, его там просто не может быть. Но тот же Роберт Джентри, измерив количество радиогенного гелия (т. е. гелия, образованного в радиоактивном распаде урана-238) в кристаллах минерала циркона, показал, что гелий в них есть, причём есть в значительном количестве! [6] То есть их возраст никак не может быть равен тем 1.5 млрд лет, которые были определены уран-свинцовым методом.
Более того, учёные из Института креационных исследований в Санти (Калифорния), измерив скорость диффузии (того самого «улетучивания») радиогенного гелия в кристаллах циркона, определили возраст кристаллов по количеству оставшегося в нём гелия: 6000 ± 2000 лет! [7]. Особый интерес данного результата состоит в том, что радиогенный гелий образуется в том же самом радиоактивном распаде урана-238, с помощью которого определяют и радиометрический возраст этих кристаллов (1.5 млрд лет)! То есть оба метода зависимы друг от друга и должны были бы давать сравнимый возраст кристаллов. Но та огромная разница, которую мы видим, на самом деле говорит о том, что в используемой методике датирования имеется очень серьёзная проблема.
Подведение итогов
Что можно сказать в итоге? Во-первых, данная статья представляет собой лишь «лёгкое прикосновение» к необъятной теме о возрасте горных пород и Земли в целом и к теме радиометрического датирования в частности. Ограничения на объём статьи оставили «за бортом» нашего рассмотрения многие вопросы и результаты, связанные с этой темой. Но я надеюсь, что этот недостаток будет хотя бы частично восполнен в следующих выпусках журнала, поскольку мы ещё не раз будем возвращаться к очень важному вопросу о возрасте нашей планеты.
А во-вторых, важно отметить, что результаты радиометрического датирования горных пород действительно ставят ряд серьёзных вопросов перед учёными-креационистами, на которые у нас пока нет исчерпывающих ответов. Но, с другой стороны, многочисленные факты, имеющиеся в распоряжении современной науки, убедительно демонстрируют то, что большой возраст Земли, преподносимый нам как «бесспорный факт», таковым отнюдь не является, а исходные предпосылки, используемые в радиометрических методах датирования горных пород вполне могут оказаться неправильными.
А. Попов, кандидат физико-математических наук
_______________________________________________________
1. Масоретский текст, Септуагинта и Самаритянское пятикнижие приводят различающиеся между собой в части временных промежутков родословные библейских персонажей. Соответственно, различается и посчитанный по этим трём источникам промежуток времени между неделей Творения и настоящим временем. Наименьшим он получается в том случае, если мы берём за основу Масоретский текст (ок. 6000 лет), наибольшим – если мы берём за основу Септуагинту (ок. 8000 лет).
2. Геохронология – наука, изучающая возраст земных пород и возраст Земли как целого.
3. Faure G., Mensing T. M., Isotopes: Principles and Applications 3rd Edition, John Willey and Sons, 2004.
4. Coffin H., Brown R., Gibson J., Origin by Design, Review and Herald, Hagerstown, 2005, p. 325-344.
5. Gentry R. V., Creation’s Tiny Mystery, Earth Science Associates, Knoxville, 1986.
6. Gentry R. V., Glish G. L., McBay E. H., Differential Helium Retention in Zircons: Implications for Nuclear Waste Containment, Geophysical Research Letters, Vol. 9, No. 10, p. 1129-1130, 1982.
7. Humphreys D. R., Nuclear Decay: Evidence for a Young World, Institute for Creation Research, Impact #352, 2002.