Кости, скалы и звезды. Наука о том, когда что произошло - Крис Терни

Принцип действия люминесцентного метода основан на том, что формирующийся минерал, например кварц или полевой шпат, не обладает идеальной структурой. Со временем радиоактивные изотопы в почве подвергнутся распаду, и этот процесс отразится на покоящихся рядом минералах: высвобождаемая энергия выбьет некоторые из их электронов со своих орбит. В большинстве случаев электроны тут же вернутся на место, испустив крохотный фотон света. Однако иногда из-за несовершенства формирующейся структуры минерала они не могут попасть обратно.

Грубо говоря, лакуны в структуре минерала можно представить как ловушки, постепенно заполняющиеся выбитыми с орбит электронами. Когда образец подвергается воздействию солнечного света или тепла, электроны, получив заряд энергии, возвращаются к покинутым атомам.

Чем больше таких захваченных электронов, тем дольше образец пробыл без света. Для подсчета их количества образец необходимо доставить в лабораторию в черном пластиковом мешке или темной колбе, чтобы солнечный свет не сбросил показания «счетчика». В темной лаборатории при свете верного красного фонарика лаборант подвергает образцы воздействию либо тепла (термолюминесценция), либо световых волн определенной длины (оптически стимулируемая люминесценция), заставляя запертые электроны вырваться на свободу. При этом измеряется количество выделяемого света. Одновременно измеряется радиоуглеродное содержание отложений, в которых был обнаружен данный образец, чтобы выяснить, какому воздействию энергии подвергались минеральные частицы во время распада радиоуглерода в почве. Поскольку скорлупа на поверхности не сохраняется долго, логично предположить, что частицы окружающего ее песка в последний раз подвергались воздействию солнечного света как раз тогда, когда было отложено яйцо. Самое главное, что по количеству находившихся взаперти электронов и по скорости, с которой они накапливались в минерале, можно вычислить возраст.

Миллер испытал оба этих метода на сходных по размеру яйцах страуса эму. Получилось, что эму жили в течение 120 000 лет, вплоть до настоящего времени. Важно отметить, что массив данных не отбирался по возрасту заранее. Образцы были равномерно распределены в указанном временном промежутке. Однако результаты эксперимента со скорлупой яиц гениорниса разительно отличались. Как показал анализ, последние представители данного вида жили около 50 000 лет назад, что сильно превышает предел возможностей радиоуглеродного метода. Так был сделан первый твердый шаг к разгадке исчезновения крупных представителей австралийского животного мира. Вопрос в следующем: можно ли по одной этой птице судить обо всей мегафауне?

Решить его попытались Тим Фланнери из Музея Южной Австралии и Берт Робертс из Вуллонгонгского университета (Австралия). В отличие от Миллера, они сделали предметом своего исследования останки костей, полученные практически со всего континента, однако во избежание возможных ошибок сосредоточились не на отдельных костях, а на сочлененных фрагментах скелета. Если кости лежат разрозненной кучей, значит, животное погибло не здесь, и по окружающим отложениям время его гибели не определить. Применив метод оптически стимулируемой люминесценции на отложениях вокруг сочлененных фрагментов скелета, Робертс и Фланнери с коллегами выяснили, что представители австралийской мегафауны вымерли примерно 46 000 лет назад. Несмотря на то, что средний возраст получился на 4000 лет меньше, чем у гениорниса по данным Миллера, погрешность укладывалась в допустимые рамки.

Сходство датировки указывает на то, что вымерли животные по одной и той же причине, однако в чем же она состоит? В качестве одного из методов расследования предлагалось выяснить по останкам яичной скорлупы, какими растениями питался гениорнис. Как мы уже наблюдали на примере Туринской плащаницы (см. главу 3), у углерода, помимо радиоуглерода, имеются и две стабильные формы 12C и 13C. Содержание стабильных изотопов в разных растениях различается: влаголюбивые образуют больше 12C, а растущие в сухих местностях, особенно травы, содержат сравнительно больше 13С. Измерив содержание этих двух изотопов, можно определить, какие растения предпочитал гениорнис.

Результаты получились интересные. Судя по всему, рацион гениорниса состоял почти исключительно из влаголюбивых растений, тогда как эму, который здравствует и по сей день, питался и влаголюбивыми, и засухоустойчивыми растениями — то есть был более всеядным. В главе 7 мы уже выяснили, что в это время резко менялся климат Северной Атлантики, однако в австралийском регионе ничего существенного не произошло. Если дело в рационе, а климат здесь ни при чем, может, соотношение изотопов — ложный след в данном случае?

Может быть, ключ к разгадке — в людях? Чтобы это выяснить, надо разобраться, когда была заселена Австралия, а споры на этот счет ведутся уже более 40 лет.

За время последнего ледникового периода объем воды, превратившейся по всему миру в лед, должен был привести к падению уровня моря на 130 м. Цифра впечатляет, однако на самом деле такой спад привел лишь к соединению Папуа — Новой Гвинеи, Австралии и Тасмании. И вся эта обширная территория оставалась островной, отделенной от Азиатского континента. Следовательно, древним переселенцам, перебиравшимся в Австралию, требовалось прежде всего научиться преодолевать большие водные пространства.

В начале 1960-х бытовало мнение, что данным мастерством люди овладели не раньше чем 10 000 лет назад. С тех пор этот срок все время сдвигается все дальше и дальше. К 1995 г. данные радиоуглеродного анализа с археологических раскопок в Западной Австралии показали, что прибытие человека на Австралийский континент произошло еще 38 000-40 000 лет назад. Все выходило довольно стройно и логично. Археологи в большинстве своем не видели никаких противоречий.

Однако, как мы уже говорили выше, 40 000 лет — это подозрительно близко к пределу возможностей радиоуглеродного метода. В частности, великий археолог Рис Джонс, ныне покойный, предполагал, что эти цифры недостоверны и целиком обусловлены методом датирования. Вместе с Бертом Робертсом он исследовал места раскопок в Арнемленде, на Северной Территории, где не было древесного угля, однако, судя по большой глубине залегания артефактов, человек там появился довольно рано. В 1990 г., подвергнув люминесцентному анализу крупицы с самого нижнего слоя, содержащего артефакты, ученые объявили, что Арнемленд был заселен примерно 50 000-60 000 лет назад. Это была сенсация.

* * *

Когда в образце почти нет или очень мало изначального 14C, достаточно небольшой дозы современного углерода, чтобы исказить результаты радиоуглеродного датирования. Однопроцентное загрязнение может дать возраст в 37 000 лет, тогда как на самом деле образец сформировался миллионы лет назад. Несмотря на то, что древесный уголь в качестве свидетельства человеческой деятельности при раскопках обнаруживается довольно часто, даже такой ничтожный процент загрязнения может помешать правильно его датировать, если большая часть изначального радиоуглерода уже успела подвергнуться распаду. Вспомните, например, из чего делаются обувные стельки, устраняющие неприятные запахи, — как раз из древесного угля. Он впитывает буквально все. Без разбора. Представьте, что уголь несколько десятков тысячелетий пролежал в грунте, фильтруя дождевую воду, — при попытке датировать его за пределами 40 000 лет проблемы гарантированы. В Австралийском национальном университете мне довелось поработать с Майклом Бердом и Китом Файфилдом над новым способом очистки древесного угля, получившим название ABOX (Acid-Base-Wet Oxidation — кислотно-основное влажное окисление). ABOX, в отличие от прочих методов, устранял углеродное загрязнение почти целиком. В результате получался чистый древесный уголь, который можно было датировать радиоуглеродным методом в пределах до 60 000 лет назад.