Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом - Дэвид Хелфанд

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.

Треки слишком узкие, чтобы их можно было увидеть под световым микроскопом, но с помощью химических веществ, вытравливающих линии вдоль всего пути, их ширину можно увеличить до микрометров и, таким образом, сделать их видимыми. В дальнейшем остается просто подсчитать количество треков и определить количество произошедших делений, пропорциональное количеству атомов Урана в образце и времени, прошедшему с тех пор, как кристалл в последний раз был достаточно горячим, чтобы отжечь (иными словами, залечить) шрамы, оставленные треками. У цирконов температура отжига составляет около 240 °C.

Измерить количество 238U в образце позволяют два подхода. Самый непосредственный – испарить часть образца с помощью лазера, пропустить материал через масс-спектрометр и напрямую подсчитать атомы Урана. Второй заключается в облучении образца нейтронами из реактора (как при авторадиографии) и вызвать деление 235U в образце (вероятность деления 235U в сотни раз выше, чем 238U). Затем нужно подсчитать треки, возникшие при делении, применить известное соотношение 235U/238U (1:138) и сделать вывод о количестве присутствующих атомов Урана. В попытке определить возраст каменных орудий из различных мест на индонезийском острове Флорес (который недавно прославился благодаря найденным там скелетам, похожим на хоббитов), М. Дж. Морвуд и его коллеги пришли к выводу, что им от 800 000 до 900 000 лет. Это интересно, поскольку позволяет предположить, что homo erectus – гоминид, доминировавший в этот период и, вероятно, ставший предком «хоббитов» homo florensiensis, – был способен пересечь многие километры водных пространств, чтобы добраться до острова12.

Датирование экскрементов

Род Homo, к которому мы принадлежим, впервые отделился от шимпанзе в Африке, и произошло это от 6 до 8 миллионов лет тому назад. От этой ветви пошло множество видов, часть которых покинула Африку и распространилась по Европе и Азии, однако Северная и Южная Америка до самого недавнего времени оставались недоступными для Homo. Наш вид, homo sapiens, возник около 300 000 лет назад, также в Африке13, и мигрировал на север и восток примерно 70 000–150 000 лет назад (точная дата довольно спорна). Возраст зубов homo sapiens из болгарской пещеры, рассчитанный при помощи радиоуглеродного датирования, составил 46 000 лет14. Однако в Западном полушарии людей не было еще 20 000 лет назад.

Точная дата проникновения человека на американский континент стала предметом оживленных дискуссий. Принято считать, что миграция началась во время последнего ледникового периода, когда в наземных ледниках скопилось так много океанской воды, что уровень моря был почти на 120 метров ниже, чем сегодня, благодаря чему возник травянистый сухопутный мост между Сибирью и Аляской. Тем не менее огромные ледники вдоль Скалистых гор в Канаде и на северо-западе США препятствовали свободному переходу по суше до тех пор, пока ледники не начали отступать в конце ледникового периода около 13 000 лет назад.

На протяжении большей части прошлого столетия археологи полагали, что первыми людьми, заселившими Северную Америку, были представители культуры Кловис. Ее назвали в честь заостренных наконечников каменных копий, впервые найденных в 1929 году недалеко от Кловиса, штат Нью-Мексико, а затем – по всей Северной Америке и даже на юге, вплоть до Венесуэлы15. Следы животного белка, присутствующие в некоторых местах, позволили при помощи радиоуглеродного датирования установить возраст в 13 000 лет, в полном соответствии с датировкой слоев отложений, в которых они были обнаружены.

Но со временем мы получали все больше доказательств более раннего проникновения в Америку «предшественников» культуры Кловис. В частности, артефакты, найденные в пещерах на Тихоокеанском Северо-Западе, указывают на более раннюю культуру изготовления орудий, в которой производились более тупые и массивные наконечники копий, причисленные к так называемой западной традиции обработки наконечников (Western Stemmed Tradition, WST). В нее, помимо прочего, входят орудия, имевшие сходство с артефактами, найденными в Сибири. Косвенные данные позволяют установить, что они древнее культуры Кловис на период от тысячи до двух тысяч лет. В 2007 году Деннис Дженкинс и его коллеги обнаружили копролиты (сохранившиеся экскременты) в пещерах Пейсли в Орегоне и при помощи радиоуглеродного датирования установили, что их возраст превышает 14 000 лет16. Анализ ДНК показал, что копролиты принадлежали людям. Но некоторые археологи задавали вопрос, не могло ли обращение человека с артефактами загрязнить образец отходов животного происхождения современными человеческими молекулами.

В 2020 году Дженкинс и его коллеги под руководством Лизы-Мари Шиллито проанализировали несколько из тех копролитов, в которых ранее обнаружили человеческую ДНК, на предмет липидов – жировых соединений, вырабатываемых организмом, которые не растворяются в воде и, следовательно, не проникают в образцы человеческих останков и не уходят из них. Они обнаружили, что внутренние области копролита несомненно содержат человеческие липиды, и это окончательно разрешило спор о загрязнении. Возраст одного образца, с точностью определенный при помощи радиоуглеродного датирования, составил 14 650 лет с неопределенностью менее столетия17. Это согласуется со сценарием, завоевавшим доверие в археологических кругах, согласно которому кочующие племена из Сибири по меньшей мере еще 15 000 лет назад начали проникать в Америку не по суше, а вдоль побережья современных США и Канады. Недавнее термолюминесцентное исследование горных пород, отложенных ледниками на прибрежном маршруте, позволяет предположить, что эти породы были вскрыты отступающим льдом