Текст книги "Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом"

Автор книги: Дэвид Хелфанд

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 21 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]

Оказывается, эти даты просто подтверждают то, что уже и так следовало из письменных исторических источников. Первое упоминание о плащанице относится к 1350-м годам – и из него мы узнаем, что она оказалась очень прибыльной реликвией для настоятеля местной церкви, призывавшего паломников со всего христианского мира увидеть ее. Епископ Анри де Пуатье был настолько этим раздражен (неизвестно, то ли из зависти, то ли из более чистых побуждений), что начал расследование в отношении погребальной плащаницы и призвал прекратить демонстрации.

Три десятилетия спустя его преемник, Пьер д’Арси, воспрепятствовал повторному выставлению плащаницы и послал папе в Авиньон письмо, в котором, в частности, говорилось:

Дело, о Ваше Святейшество, обстоит так. Спустя некоторое время… декан особой коллегиальной церкви, а именно в Лире, ложным и обманным путем, охваченный страстью сребролюбия, не из какого-либо благочестивого побуждения, а только из корысти добыл для своей церкви некое полотно, хитро расписанное… и художник, нарисовавший его, в подтверждение истины свидетельствовал о том, что это произведение создано человеческим искусством, а не сотворено и не даровано чудесным образом¹⁶.

Итак, у нас есть возраст, рассчитанный при помощи радиоуглеродного датирования и полностью соответствующий времени, когда появились первые упоминания о плащанице, и есть документальное свидетельство – и можно было бы подумать, что этого хватит, чтобы положить конец этому многовековому мошенничеству. Но споры по поводу плащаницы не утихают. Неважно, что ни один саван с Ближнего Востока, созданный в I веке, не выткан «елочкой»; неважно, что молекулярный анализ «крови» показал, что это оксид железа (пигмент, который использовали художники в Средние века); и неважно, что правая рука изображения простирается до анатомически невозможной длины, чтобы незаметно прикрыть гениталии фигуры, – нескончаемое множество исследований по-прежнему «свидетельствует» о подлинности плащаницы¹⁷.

Но атомы не лгут, и на них не влияют человеческие чувства. Поэтому я склонен верить им, пока мы продолжаем воссоздавать историю человечества и историю Вселенной до того, как она вообще была обеспокоена человечеством.

Глава 9

История без слов: известь, Свинец и экскременты

Подтверждение возраста датированных документов по их атомным составляющим вполне отвечает нашим целям, а логичность и последовательность свидетельствуют о том, что наши методы предоставляют достоверную и ценную информацию. Однако в случае, когда не существует никаких документальных свидетельств – скажем, записи могут потеряться или же сам объект может относиться к культуре дописьменных народов, – наши историки-атомы проясняют истину лучше всего. В этой главе мы разгадаем исторические загадки самых разных эпох, начиная с конца XVII века и заканчивая некоторыми из самых ранних культурных артефактов, созданных людьми почти 50 000 лет назад, а также орудиями гоминид, которые более чем в десять раз древнее.

Возраст раствора

В главе 8 мы узнали, как с помощью ¹⁴C можно датировать практически все, что когда-то было живым и хорошо сохранилось. Здесь же мы в первую очередь поговорим об уникальном случае, когда радиоуглеродное датирование применили к инертному строительному материалу, а именно к известковому раствору. А потом мы увидим, к каким научным прозрениям позволил прийти этот метод – и, среди прочего, развенчаем миф о викингах, датируем средневековые церкви в Финляндии и наведем порядок в хронологическом расположении архитектурных шедевров Римской империи в годы ее расцвета и упадка.

Раствор, важнейший структурный компонент каменных и кирпичных зданий, впервые использовали в Древней Месопотамии и Древнем Египте более 4000 лет назад. Если быть точным, то неверно утверждать, что раствор никогда не был живым. Он сделан из известняка, который состоит из спрессованных скелетов крошечных океанских существ, называемых фораминиферами (с которыми мы снова встретимся в главе 11), кораллов и раковинных моллюсков. Когда эти существа умирают и падают на дно океана, накапливаются толстые слои, которые в ответ на движения тектонических плит Земли сжимаются в горные породы и выдвигаются на сушу. Основной химический компонент этих ракушек (и, следовательно, самого известняка) – кальцит, молекула с одним атомом Кальция, одним атомом Углерода и тремя атомами Кислорода: CaCO₃. Вот что нужно сделать, если мы хотим приготовить раствор из этого сырья:

1. Нагреть известняк до температуры не ниже 900 °C для получения негашеной извести.

2. Влить воду для получения полужидкой суспензии извести и, возможно, добавить немного щебня или песка.

3. Уложить влажный раствор между кирпичами или камнями стены, а затем дождаться, пока он затвердеет (обычно на это уходит несколько дней или недель).

В химическом плане на этих этапах происходит следующее:

1. Нагревание известняка удаляет углекислый газ (CO₂), превращая CaCO₃ в CaO (негашеную известь).

2. Последующее присоединение H₂O к CaO приводит к появлению CaO₂H₂.

Рис. 9.1. Этапы приготовления и затвердевания раствора. Известняк нагревают до температуры более 900 °C, чтобы удалить CO₂ и получить негашеную известь. При смешивании негашеной извести с водой и песком формируется раствор. По мере высыхания раствора H₂O испаряется, и ей на смену приходит CO₂ из воздуха, превращая смесь в известняк

3. Раствор затвердевает, выделяя воду (H₂O) в атмосферу (сохнет), и поглощает CO₂ из воздуха, снова превращаясь в CaCO₃ (см. рис. 9.1).

Последний этап – ключ к углеродному датированию: строительный раствор «вдыхает» CO₂, как и растения. За считаные дни или недели он завершает этот процесс и фактически «умирает» (перестает дышать). Все, что нужно сделать, чтобы определить время нанесения раствора, – это подсчитать атомы ¹⁴C и ¹²C и определить их соотношение, как при обычном углеродном датировании.

Потенциал этого метода датирования был признан в 1960-х годах, но первые попытки его применения оказались в основном безуспешными – прежде всего из-за примесей, ставших частью раствора и способных резко исказить результаты. Например, несгоревшие кусочки известняка, оставшиеся в растворе, имеют нулевое соотношение ¹⁴C/¹²C. Поскольку за миллионы лет, в течение которых формировался известняк, весь изотоп ¹⁴C распался, такой материал указывал на невероятную древность – примеси значительно снижали соотношение ¹⁴C/¹²C. Более того, в песке или другом крупнозернистом песчанике, которые добавляли в раствор перед его применением, могли содержаться частицы известняка или другого углеродосодержащего материала – и из-за этого в расчет соотношения тоже вкрадывалась ошибка¹.

Аландские церкви

В 1980-х годах археолог Кеннет Густавссон и физик Хогне Юнгнер решили определить возраст каменных церквей и францисканского монастыря на Аландских островах, архипелаге у берегов Финляндии. Никаких письменных упоминаний об их строительстве не существовало, хотя высказывались предположения о том, что их построили примерно в 1450 году нашей эры. Радиоуглеродная лаборатория Хельсинкского университета датировала образцы строительного раствора, собранные на острове Кёкар, и установила удивительную дату – 1280 год нашей эры. Последующие раскопки вокруг церкви обнаружили украшения, примерно соответствующие этому более раннему периоду.

Поразительные заявления требуют необычайно убедительных доказательств, а если учесть упомянутые выше проблемы с датировкой строительного раствора, то утверждение, согласно которому возраст объектов на 170 лет отличался от общепринятых археологических представлений, требовало независимой оценки. Дополнительные свидетельства о более ранней дате строительства предоставил еще один метод, основанный на тех же космических лучах, под влиянием которых образуется изотоп ¹⁴C: термолюминесценция. Суть термина заключена в его названии: свет («люмен»), рожденный от тепла («термо»). Когда формируется кристаллическое вещество – будь то природный или рукотворный кристалл, такой как керамика, – его номинально идеальная структура неизбежно содержит дефекты: атомы или молекулы, расположенные не совсем в нужном месте, и/или примеси, нарушающие правильную кристаллическую структуру. Эти дефекты способны создавать небольшие электронные ловушки, в которых могут застревать свободные электроны, блуждающие по веществу.

Обычно электроны связаны со своими атомами. Но космические лучи, проникая в вещество, могут ионизировать множество атомов и позволить нескольким освободившимся электронам просочиться в материал. Кроме того, такой же эффект оказывают естественные радиоактивные изотопы, которые содержатся в материале и распадаются за счет высвобождения высокоскоростных электронов. Поэтому с течением времени и увеличением продолжительности воздействия все больше электронов оказывается в ловушках. Если добавить достаточно энергии и освободить их, они смогут снова сочетаться с атомами, у которых отсутствуют электроны, и излучать свет.

Чтобы определить возраст объекта (в данном случае керамической черепицы из францисканского монастыря), мы просто нагреваем материал до высокой температуры (приблизительно 500 °C) и заставляем атомы вибрировать достаточно сильно, чтобы высвободить электроны из ловушек, а затем фиксируем количество света, излучаемого электронами при их воссоединении с атомами. Интенсивность света пропорциональна общему воздействию радиации, которое, в свою очередь, прямо пропорционально возрасту объекта.

Поскольку количество центров захвата и глубина ловушек уникальны для каждого вещества, необходимо откалибровать образец, подвергая его воздействию известного количества радиации в течение известного интервала времени, а затем повторить эксперимент по термолюминесценции. Когда этот метод применили к черепице на острове Кёкар, оказалось, что ее произвели в XIII веке, что соответствовало дате изготовления раствора, рассчитанной при помощи радиоуглеродного датирования и определенной как 1280 год.

Благодаря этому успеху был запущен более масштабный проект, на сегодняшний день охвативший все восемь крупных церквей Аландских островов. В одной из них, в Йомале, по древесным кольцам удалось установить, что деревья для колокольни срубили в 1281 году нашей эры, а строительный раствор на стенах церкви укладывали в 1279–1290 годах – это замечательное совпадение однозначно определило дату строительства. Более того, похоже, что все восемь церквей были построены за два десятилетия, в период с 1280 по 1300 год. Историки предполагают, что на островах, расположенных на полпути между современным Стокгольмом в Швеции и Турку в Финляндии (в 130 километрах от каждого), наблюдался всплеск экономической активности, и в то время из этих мест поставляли древесину и известковый раствор для строительства двух упомянутых городов.

Чтобы получить такие точные данные, потребовалось усовершенствовать технологию обращения с раствором. Необходимо было обеспечить более тонкое просеивание для удаления примесей; провести бомбардировку образца электронами и по характерным длинам волн испускаемого света выявить любой посторонний материал, а также тщательно отобрать пробы самых внешних слоев высохшего раствора, где загрязнение, как правило, оказывалось наиболее низким. Высокая достоверность полученных дат позволила междисциплинарной команде, в состав которой вошли Дж. Хейл (археолог), Дж. Хайнемайер (физик), Л. Ланкастер (археолог), А. Линдроос (геолог) и А. Рингбом (историк искусства), составить подробную историю аландских церквей, а также различных пристроек и элементов, которые добавились в ходе реконструкций, проведенных за их 750-летнюю историю.

Кроме того, при помощи коллег эта команда смогла развенчать миф о том, что каменную башню в Ньюпорте, штат Род-Айленд, построили викинги в XI столетии (на самом деле это был фундамент ветряной мельницы, возведенной в 1680 году), а также определила возраст римского амфитеатра в испанской Мериде (он был построен спустя век после того, как на его стене появилась надпись, сделанная в 8 г. до н. э., и, таким образом, не предшествовал римскому Колизею, а возник после него). Еще ученые воссоздали историю виллы, расположенной в современной Португалии, в Торре-де-Пальма, в 70 км к западу от Мериды. Часовня и алтарь появились в ней примерно в 340 году нашей эры, когда Римской империей правил Константин II, сын императора, принявшего христианство. Но в 580 году, много лет спустя после падения империи, когда у власти находились вестготы, постройка значительно расширилась – очевидно, большая часть технологий, созданных римлянами, сохранялась еще долго после того, как их империя перестала существовать.

Накопление Свинца

Даже в те периоды, о которых существует множество исторических записей, наши знания о прошлом часто довольно скудны. А там, где нет достоверной информации, открывается простор для спекуляций. Один из таких примеров – набившее оскомину утверждение о том, что Свинец, содержащийся в питьевой воде Древнего Рима, ускорил упадок империи, поскольку римляне широко применяли Свинец в строительстве и изготовлении посуды, но не имели возможности определить, сколько его они потребляют, и даже не догадывались о его пагубном воздействии. Несколько лет назад Х. Делиль и его коллеги провели всестороннее исследование, наконец-то прояснившее истину, а также пролившее свет на историю Рима в имперские годы и после окончательного падения².

Существует четыре стабильных изотопа Свинца (Pb). ²⁰⁴Pb – первичный, оставшийся от формирования Земли, и на его долю приходится примерно 1,4 % природных месторождений этого элемента. Остальные три изотопа – это конечные точки радиоактивных рядов распада таких элементов, как Уран – ²³⁸U → ²⁰⁶Pb и ²³⁵U → ²⁰⁷Pb – и Торий (²³²Th → ²⁰⁸Pb). Они составляют примерно 24 %, 22 % и 52 % свинцовой руды соответственно, хотя точные соотношения зависят от концентрации их материнских ядер и тем самым служат маркерами геологического расположения тех мест, откуда они произошли.

Свинец использовался для различных целей более 9000 лет. Благодаря низкой температуре плавления, составляющей всего 328 °C, он становится самым простым из металлов, выплавляемых из его руды (так называемого галенита, или сульфида свинца, PbS). Изначально из него делали небольшие скульптуры и украшения, а потом начали применять в самых разных культурах и в самых разных сферах – и как стимулятор, и в косметике, и как противозачаточное средство, и как подсластитель, и даже для изготовления гробов. В Древнем Риме из-за высокой пластичности и устойчивости к коррозии его, что совершенно неудивительно, выбрали в качестве материала для разветвленной сети акведуков и труб, снабжавших водой столицу (и другие города империи). Латинское слово, обозначающее Свинец, – plumbum³, отсюда и английское слово plumb, обозначающее сантехнику, и химический символ самого элемента, Pb. Более того, в период расцвета империи объем производства выплавленного свинца на рудниках в Англии, Испании, на Балканах и в Малой Азии оценивался в 80 000 тонн в год. За время существования империи было использовано около 15 миллионов тонн – это количество настолько велико, что оно оставило след на ледяной шапке Гренландии (см. гл. 11), где, по оценкам, в период с 300 года до нашей эры по 500 год нашей эры было отложено около 400 тонн переносимого по воздуху свинцового загрязнения.

Хотя Плиний Старший (среди прочих) пишет о токсичности свинцовых паров, документальных свидетельств отравления свинцом в Древнем мире не так много, и вряд ли кому-то могло прийти в голову, что свинцовые трубы и цистерны (не говоря уже о кухонной утвари и контейнерах для вина) способны причинить какой-либо вред. И, конечно же, никто не мог оценить содержание Свинца в воде или вине. Именно здесь вступает в игру история, рассказанная атомами.

Делиль и его коллеги провели прямое измерение содержания Свинца в римской воде на протяжении тысячи лет, для чего пробурили и извлекли два 13-метровых керна из отложений в гавани императорского Рима в Порте и из канала, соединяющего гавань и Тибр. Кроме того, исследователи получили образцы Свинца из современного русла Тибра и из пяти труб римской эпохи. Содержание изотопов Свинца определяли в общей сложности в девяноста пяти образцах, взятых с разных глубин в керне и из различных мест русла и труб. Возраст глубин отбора определяли при помощи радиоуглеродного датирования органического материала, присутствующего в кернах.

Если отразить соотношения ²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb и ²⁰⁸Pb к ²⁰⁶Pb на графике, то нам откроется поразительная картина. До того как в Порте возникла гавань, построенная примерно в 100 году нашей эры, эти соотношения были постоянными, и их значения походили на те, что характерны для этой местности в наши дни, – это природный Свинец, содержащийся в водах Тибра и происходящий из двух источников: от эрозии вулканических пород с Альбанских холмов к югу от Рима и из известняков в верховьях реки в Апеннинах на востоке. Однако уже в 112 году, сразу же после появления гавани, значения всех трех изотопных соотношений возрастают, что указывает на осаждение воды, насыщенной свинцом, из труб (в них – самые высокие соотношения изотопов из всего набора полученных данных). Запасы свинца достигают пика в 200–250 годах нашей эры, затем падают до среднего уровня на протяжении 250 лет, до начала VI века, а потом, до 800 года нашей эры, повышаются снова, прежде чем вернуться к исходному фоновому уровню. Эти явные сдвиги соответствуют вполне определенным событиям в истории Римской империи: созданию гавани около 100 года нашей эры, сокращению населения в III–IV веках и ремонту системы водоснабжения, который провел Флавий Велизарий, византийский полководец, отвоевавший Рим у готов в 538 году. После того как Рим в 846 году разграбили арабы, система водоснабжения окончательно разрушилась, и соотношение изотопов Свинца в реке вернулось к естественным фоновым значениям.

Исследователи провели количественный анализ содержания Свинца и подсчитали, что через свинцовые трубы римлян проходило 3 % общего стока Тибра, из-за чего в имперский период концентрация Свинца возросла в сорок раз. Хотя такой уровень загрязнения может показаться пугающим, он меньше того количества, с которым мы живем сегодня. Если судить по немногочисленным доступным образцам костей (обратите внимание, что примерно 90 % Свинца, поступившего в организм, в конечном итоге остается в костях, поэтому они представляют собой хороший показатель общего воздействия), то мы увидим, что уровень потребления Свинца у жителей Рима и других городов по всей империи составлял примерно 45 % от уровня, который мы обнаружим у современных европейцев. Видимо, для объяснения падения Рима нам следует искать другие причины, помимо отравления свинцом.

Первое искусство

Самые ранние художественные творения человека, созданные задолго до появления письменности, можно встретить на стенах пещер и других скальных поверхностях. В 1940 году мальчишки, следуя за собакой через подземный ход, обнаружили в пещере Ласко «художественную галерею», в которой представлены сотни красочных рисунков, изображавших животных доисторической Европы. Одна из первых важных проверок пригодности метода радиоуглеродного датирования, созданного Либби, для установления возраста произведений искусства состоялась в 1951 году, и для испытания был взят образец древесного угля из пещеры; это позволило вычислить возраст в 15 500 лет до настоящего времени (см. гл. 8). Датирование двух других образцов выявило, что они созданы 16 000 и 17 200 лет назад. Совсем недавно при помощи ускорительного масс-спектрометра был датирован фрагмент рога северного оленя, найденный в пещере, и его возраст составил от 18 600 до 18 900 лет до настоящего времени. Обратите внимание, что все это – не образцы, взятые с самих рисунков, а второстепенные объекты, и «разброс» более чем в 3000 лет тревожит своей неточностью.

Как мы упоминали во введении, у наших атомных историков нет культурных предубеждений, свойственных людям. Но у них, если можно так сказать, есть свои «характерные черты», мешающие нам воссоздавать с их помощью количественную историю. В 1990 году Дж. Расс и его коллеги представили метод, позволяющий искусно обойти одно из таких свойств, проявляющихся при работе с раствором, – мы говорим о загрязнении образца древним неорганическим Углеродом. (Поскольку большая часть наскального искусства в мире находится в известняковых пещерах, даже миллиграммовые образцы краски, взятые со стены, могут содержать загрязняющий Углерод из подстилающей породы.) Расс и его коллеги применили новый метод к наскальной живописи в районе Биг-Бенд реки Рио-Гранде на юго-западе Техаса⁴.

Большинство пигментов, при помощи которых создавались наскальные рисунки (например, оксиды железа и марганца), – неорганические и поэтому не содержат полезного Углерода. Но сами по себе они не держатся на стене, поэтому их приходится смешивать с материалами, которые их растворяют и одновременно прилипают к поверхности. Химический анализ образцов пещерного искусства, собранных со всего мира, показал, что в качестве таких растворителей применялись кровь, моча, молоко, мед, яйца, растительные масла и растительные смолы. Конечно же, все это органические вещества, и их можно использовать для радиоуглеродного датирования. Хитрость заключается в том, чтобы извлечь только органический Углерод и не пропустить неорганический Углерод с поверхности породы.

Исследователи использовали вакуумную камеру, сперва откачав из нее весь воздух, а затем заполнив ее чистым газообразным Кислородом (O₂). Если поместить образец в камеру и нагреть его до 100 °C, все органические (углеродсодержащие) соединения окисляются до воды (H₂O) и углекислого газа (CO₂). Относительно слабые химические связи органических молекул при этой температуре рвутся после столкновений с высокореактивными атомами Кислорода, но ни один атом Углерода, входящий в состав известняка (CaCO₃), не задействуется (напомним, что для отделения CO₂ от известняка необходимо нагреть последний как минимум до 900 °C). Прямой отбор материалов, использованных для творчества, позволяет однозначно установить возраст угля, костей или других второстепенных свидетельств. Затем вода и CO₂ извлекаются из камеры «методом холодного пальца» (вода замерзает при 0 °C, а CO₂ – при –78 °C). Всего из остаточного CO₂ было извлечено 12 мг чистого Углерода. Его возраст, установленный с помощью ускорительного масс-спектрометра, составил 3865 ± 100 лет до настоящего времени, в полном соответствии с широким диапазоном, которого можно было ожидать на основе археологических данных этого периода.

Древние и древнейшие

На протяжении многих десятилетий считалось, что самые старые рисунки, украшавшие стены пещер, находятся в Европе. После открытия пещер Ласко множество других подобных мест было открыто в Испании, Франции и других европейских странах. В 1994 году огромную пещеру нашли на юге Франции, в Шове, возле небольшого города Валлон-Пон-д’Арк, в 65 километрах к северу от Авиньона. Радиоуглеродное датирование позволило предположить, что произведения искусства, обнаруженные там, создавались в течение двух разных периодов: первый отстоял от настоящего времени на 33 000–37 000 лет, а второй – на 28 000–31 000 лет⁵.

Любопытно, что радиоуглеродное датирование костей пещерного медведя, найденных в пещере среди двухсот с лишним скелетов, в сущности, показывает совпадения с первым диапазоном дат. Эти огромные существа были крупнее современных гризли, достигали до 4 метров в длину и весили более 900 килограммов, так что вряд ли они могли бы стать добрыми друзьями для людей-художников – возможно, у них была договоренность об использовании апартаментов на условиях таймшера.

Эти даты получили независимое подтверждение при помощи термолюминесцентных исследований. В нескольких местах пещеры известняк, в природных условиях имеющий бежевый цвет, стал красным после пожара (неизвестно, случайного или намеренного). Как мы уже отмечали, нагревание вещества высвобождает захваченные электроны, обнуляя часы радиационного поражения. Термолюминесценция позволила установить возраст двух образцов, взятых из разных частей пещерного комплекса, и оценить его в 36 900 и 34 300 лет до настоящего времени с погрешностью от 2000 до 3000 лет – но в пределах первого периода «углеродных» дат, полученных выше⁶. Самая древняя из этих дат приходится на период, наступивший через несколько тысячелетий после того, как современный homo sapiens прибыл в Европу.

Недавно начали звучать мнения, согласно которым искусство, зародившееся в Европе, более чем вдвое старше современных оценок и создано не сапиенсами, а неандертальцами. Возраст красных отметин в испанской пещере (далеких от изящных изображений животных в гротах Шове и Ласко) составляет 65 000 лет. Однако некоторые авторы поставили под сомнение как артефакты, так и датировку⁷.

Недавние открытия, совершенные на индонезийском острове Сулавеси, затмили даже европейские рисунки, в древности которых не было никаких сомнений. Хотя возраст пигментов не устанавливали напрямую, убедительнейший метод радиоизотопного датирования позволяет определить нижнюю границу возраста рисунков благодаря изучению природных минеральных отложений, скопившихся на поверхности произведения искусства после его завершения⁸.

В этом нам помогают спелеотемы (от греческого spēlaion [ «пещера»] и thema [ «отложение»]) – это собирательное название сталагмитов, сталактитов и натеков, которые медленно накапливаются по мере того, как вода просачивается в пещеру, унося с собой растворенные минералы на пути через вышележащую почву и горные породы. Как и сама пещера, образования состоят в основном из CaCO₃, но содержат и множество других микроэлементов. В частности, в капающей воде регулярно присутствует легкорастворимый Уран, а вот Тория в ней нет.

Как мы уже отмечали, все изотопы Урана радиоактивны, и конечный итог их ряда распада – свинец. Но одновременно они также производят Торий (²³⁰Th), для которого характерен довольно долгий период полураспада (75 500 лет), поэтому можно ожидать, что часть этого промежуточного продукта распада будет присутствовать в веществе спелеотема. Ряд распада выглядит так:

Учитывая их короткий период полураспада,²³⁴Th и ²³⁴Pa практически отсутствуют в образце образований, но соотношения ²³⁴U и ²³⁰Th к ²³⁸U дают прямую информацию о том, когда образовался натек.

Как и при проведении любых подобных измерений (мы это уже поняли), важно учитывать возможные отклонения. Например, если в слое породы обнаружится некоторое количество ²³⁰Th – от занесенной ветром пыли, частички которой столкнулись с затвердевающими спелеотемами, – то возраст, который мы получим, будет слишком древним, поскольку избыток ²³⁰Th предполагает, что распад ²³⁸U длился дольше. К счастью, здесь есть и «противоядие» – мы можем измерить соотношение ²³⁰Th к ²³²Th. Период полураспада ²³²Th в три раза превышает возраст Земли, так что первичный Торий все еще существует в коре планеты, однако из-за постоянного поступления ²³⁰Th в результате распада Урана соотношение ²³⁰Th к ²³²Th на поверхности составляет около 0,835. Поэтому в спелеотеме с более значительным соотношением ²³⁰Th к ²³²Th большая часть тория должна возникать в результате распада Урана – если соотношение больше 20, на загрязнение приходится самое большее 0,825/20, или 4 %. В спелеотемах, образцы которых мы получили с Сулавеси, это соотношение было еще больше: от 29 до 369, что указывает на незначительное загрязнение.

Есть еще один повод для беспокойства: возможность того, что ²³⁸U и/или ²³⁴U могли вымыться из спелеотема уже после его образования. В таком случае установленный возраст также оказался бы слишком древним, ведь мы бы недооценили количество Урана, присутствующего в образце. Поскольку подобному выщелачиванию наиболее подвержен внешний слой породы, может случиться так, что самый внешний слой покажется самым старым, хотя на самом деле, если учесть постепенное наслоение капающей минерализованной воды, он должен быть самым молодым. Исследователи проверили это, взяв пять срезов спелеотема снаружи внутрь (самый внутренний слой был ближе всего к пигментам), и возраст неизменно увеличивался по мере продвижения внутрь, как и следовало ожидать от нормального накопления натеков.

Таким образом, анализ искусства Сулавеси дал нам очень надежную дату: произведения искусства появились на стенах более 43 900 лет назад, с неопределенностью всего в несколько столетий. Выходит, они значительно древнее любых подлинных наскальных рисунков из Западной Европы, обнаруженных на сегодняшний день. Впрочем, споры о первенстве бесплодны. У нас и так не было никаких сомнений в том, что люди, обладая уникально большим мозгом и склонностью к языку, занимались символической репрезентацией своего мира за десятки тысячелетий до того, как начали устраивать стоянки и запустили – 10 000 лет назад – проект, который мы обычно называем «цивилизацией».

Каменные орудия

Задолго до того, как наши предки-гоминиды обратились к художественным занятиям, они изготавливали орудия труда, в основном из камня. Споры ведутся вокруг (1) того, что считать орудием (камень с несколькими сколами, по всей видимости, проходит критерии, установленные большинством археологов), и (2) кто нашел самые древние из них. На момент выхода этой книги в печать рекорд держат «орудия» из раскопок в Эфиопии – им 2,5 миллиона лет⁹. В большинстве случаев датировку проводят не по самим орудиям, а благодаря геологическим методам стратиграфии – исследователи отмечают, в каком слое горной породы или вулканического пепла найдены те или иные орудия и датируют этот слой, соотнося его с каким-то геологическим процессом. Один из полезных методов определения возрастов в миллионы лет – запись инверсий магнитного поля, о которых мы говорили ранее (глава 8); эти инверсии оставляют слабый след в горных породах.

Более прямой и точный метод определения возраста минералов, ассоциируемых с каменными орудиями, основан на очень редкой форме радиоактивного распада, о которой мы упоминали в главе 6: спонтанном делении¹⁰. Хотя несколько тяжелых изотопов в принципе могут претерпевать спонтанное деление, только ²³⁸U испытывает его достаточно часто, чтобы оставить сигнатуру, – и даже у этого изотопа оно происходит менее одного раза на миллион по сравнению с предпочтительным альфа-распадом. Поскольку ядро распадается на два неравных осколка, и оба при этом более тесно связаны, выделяется много энергии, обычно около 170 Мэ В. Большая ее часть проявляется в виде кинетической энергии осколка, и они отлетают друг от друга, поскольку взаимные положительные заряды заставляют их отталкиваться, как только они вырываются из цепкой хватки сильного взаимодействия. Это смещает атомы и молекулы по прямой, пока они не остановятся, и хотя ширина треков, возникших вследствие разрушения, составляет всего несколько нанометров, их длина может достигать нескольких миллиметров¹¹.