«Возраст этой породы — четыре миллиарда четыреста миллионов лет, — объявил австралийский ученый профессор Саймон Уайлд вместе со своими коллегами-геологами в 2001 году. — С днем рождения!» (Вообще-то последнюю часть реплики я придумал.) Он говорил об одном из старейших сформировавшихся участков земного рельефа. Но как ученый узнал точный возраст?

Наиболее достоверные результаты дает способ датировки при помощи циркона. Этот полудрагоценный камень бывает самых разных оттенков, встречается и прозрачный циркон, внешне напоминающий алмаз. Его физические свойства легли в основу широко применяемого в последние годы способа датировки горных пород. Циркон вездесущ — его мелкие вкрапления встречаются в горах практически повсеместно.

В начальный период формирования земной коры, примерно четыре с половиной миллиарда лет назад, Земля подвергалась интенсивной бомбардировке метеоритами, в результате выделялось огромное количество тепла, плавившего поверхность планеты. Когда расплавленный камень остывал, некоторые скопления атомов, включая циркон, образовывали кристаллы, которые сохранились в неизменном виде до наших дней. В неизменном — за исключением одной важной характеристики. В пространственной решетке циркона атомы этого элемента иногда замещаются атомами урана, поэтому в кристалле циркона в момент его формирования оказываются вкрапленными — в том или ином количестве — атомы урана. Но атомы урана, распадаясь с известной скоростью, превращаются в атомы свинца. Более того, при формировании кристаллов циркона в них не содержится никаких атомов свинца. А с момента кристаллизации количество атомов свинца в кристалле циркона по мере распада атомов урана постепенно возрастает.

То есть только что возникший кристалл циркона напоминает часы, в которых запущен обратный отсчет. С каждым «тиканьем» атомы урана, содержащиеся в кристалле, превращаются в атомы свинца. Интервалы между этими превращениями разные, но в целом все протекает в статистически предсказуемом порядке. Уран, как и все радиоактивные элементы, обладает периодом полураспада (см. главу «Самый древний в мире ядерный реактор») — это время, которое требуется, чтобы половина атомов урана в образце породы превратилась в свинец.

У одного изотопа урана, урана-235, период полураспада составляет 713 миллионов лет, а у другого, урана-238,— 4,47 миллиарда лет.

Так, если в зернышке циркона изначально было 100 атомов U²³⁵ и они один за другим превращались в атомы свинца, то через 713 миллионов лет соотношение атомов свинца к атомам урана будет 50 на 50. А еще через 713 миллионов лет половина из 50 атомов урана тоже превратится в свинец, соотношение станет 75 % свинца к 25 % урана, и ученые смогут установить, что камень сформировался более миллиарда лет назад. Изучив оба изотопа урана и соотношения между их атомами и атомами свинца, геологи в состоянии определить, как давно начался процесс распада и соответственно сколько лет кристаллу.

В 2000 году в Западной Австралии в местечке под названием Джек-Хиллс был обнаружен темно-фиолетовый кристалл циркона толщиной менее четверти миллиметра. Ему присвоили прозаическое название W74/2-36, а соотношение урана и свинца продемонстрировало, что эта порода на 90 миллионов лет старше, чем любая из ранее датированных, и возраст ее составляет 4,404 миллиарда лет. Хотя кристалл был совсем крошечный, ученые подвергли его множеству других опытов, включая изотоп-кислородное исследование и анализ на содержание редкоземельных элементов. В итоге они получили информацию о физических процессах формирования этих древних гор и даже выяснили, что в образовании земной коры участвовала вода, а следовательно, уже на этом раннем этапе истории Земли на планете наряду с сушей существовали и океаны.