По новой методике калийсодержащий образец подвергается бомбардировке нейтронами, в результате чего изотопы 40K в образце преобразуются в недолговечный изотоп аргона 39Ar, который далее выступает как эквивалент материнского изотопа. Затем в ходе лабораторной имитации метаморфического события образец медленно нагревается, чтобы запустить процесс выделения аргона. По мере повышения температуры кристаллы отдают все больше изотопов аргона обоих типов: 39Ar, представляющего материнский изотоп, и 40Ar — дочерний радиогенный изотоп. Анализ происходит поступенно: на каждой ступени нагревания выделяемый аргон собирают, измеряют его изотопный состав и на основе соотношения 40Ar/39Ar (которое фактически является соотношением дочернего/материнского изотопов) рассчитывают кажущийся возраст образца. Как правило, возраст, рассчитанный для первых нескольких ступеней, т. е. для периферии кристалла, откуда утечка геологического аргона происходила легче всего, оказывается моложе, чем возраст, полученный для внутренней части кристалла. Если при дальнейшем нагревании расчетный возраст стабилизируется вокруг некоего устойчивого значения — геохронологи называют его «плато аргон-аргонового возраста», — есть все основания полагать, что внутренняя часть кристалла не испытывала значительных потерь аргона и что полученный возраст является значимым в геологическом отношении.
Судьбоносные датировки
Пожалуй, самым знаменитым достижением аргон-аргонового метода датирования стала окончательная идентификация кратера гигантского метеорита, столкновение с которым привело к гибели динозавров в конце мелового периода. Гипотеза о том, что причиной вымирания динозавров могло быть массивное астероидное воздействие на планету, была впервые выдвинута в 1980 г. отцом и сыном Альваресами — Луисом Альваресом, лауреатом Нобелевской премии по физике, и его сыном Уолтером, геологом из Беркли. Уолтер проводил исследования в итальянских Центральных Апеннинах — молодых горах, при образовании которых в результате сжатия земной коры толщи морских известняков позднего мезозоя и раннего кайнозоя были подняты выше уровня моря
[21]. Одна из этих осадочных толщ, так называемая Скалья-Росса (scaglia rossa, буквально «красный камень») — красивый известняк розового оттенка, которым итальянцы любят облицовывать дома, замки и соборы, содержит непрерывную летопись морской среды до, во время и после мел-палеогенового вымирания динозавров. Хотя в Скалья-Росса нет костей динозавров, поскольку эти отложения аккумулировались на дне континентального шельфа Африки, само событие массового вымирания четко отмечено в этой толще резким изменением характера и количества микроскопических окаменелостей, а также характерным прослоем темно-красной глины толщиной чуть больше сантиметра.
Уолтер Альварес задался вопросом, какой интервал времени представляет этот прослой глины — немой свидетель глобального апокалипсиса. Его отец Луис, еще один бывший участник Манхэттенского проекта, имел доступ к лаборатории Лоуренса в Беркли, где имелось оборудование, способное обнаруживать в материалах следовые элементы в концентрациях, измеряемых в миллиардных долях (млрд-1, или ppb). Он предложил измерить в этих граничных глинах концентрацию некоторых редких металлов платиновой группы, таких как иридий, который попадает на поверхность Земли в основном из космоса, вместе с медленным, но постоянным дождем микрометеоритной пыли (вы можете собрать микрометеориты, многие из которых обладают магнитными свойствами, даже на крыше своего дома, если у вас хватит терпения заниматься этим несколько месяцев)
[22]. Средняя интенсивность этих металлических «осадков» за прошедшие 700 000 лет известна благодаря анализу антарктических ледяных кернов, и если предположить, что в меловом периоде она была примерно такой же, то, измерив содержание металлов в граничном глиняном слое, можно было подсчитать, как долго происходило его накопление. За этим стояла, по сути, та же логика, что и за попытками геологов Викторианской эпохи опровергнуть лорда Кельвина: суммировать все количество накопленного материала (осадков или иридия) и разделить на наиболее обоснованную величину скорости его накопления, чтобы вычислить длительность истекшего времени.
Чтобы получить представление о фоновых концентрациях иридия, Альваресы проанализировали образцы не только из самого глиняного слоя, но и из соседних слоев известняка, лежащих выше и ниже него. Оказалось, что концентрация иридия увеличилась примерно с 0,1 ppb (млрд-1) в нижележащем известняке до более чем 6 ppb (млрд-1) в глине. Хотя абсолютное количество металла кажется небольшим, его относительная концентрация претерпела поистине аномальный рост — в 60 раз. Это могло означать одно из двух: либо (1) слой глины формировался на протяжении очень длительного времени, медленно аккумулируя иридий из обычного микрометеоритного дождя (но тогда непонятно, почему за это время накопилось так мало обычных осадков), либо (2) огромное количество метеоритного материала попало на Землю одномоментно, а именно вместе с гигантским астероидом диаметром около 10 км. Обе гипотезы представлялись неправдоподобными, но вторая казалась чуть менее невероятной.
Однако такое объяснение в духе «бога из машины» противоречило глубоко укоренившемуся к тому времени в геологии лайелевскому униформистскому (актуалистическому) мышлению с его отрицанием роли катастроф в истории Земли. Кроме того, лежавшее в его основе материальное свидетельство — крошечное увеличение концентрации чужеродного элемента в тонком слое глины — казалось настолько ничтожным, что не могло убедить большинство палеонтологов, потративших всю свою жизнь на скрупулезное изучение окаменелостей в попытке понять причины мел-палеогенового вымирания. Тем не менее, когда аналогичные иридиевые аномалии были выявлены и на других участках выходов на поверхность верхних слоев мелового периода по всему миру, гипотеза Альваресов получила подтверждение. Теперь возник новый вопрос: где кратер?
К концу 1980-х гг. след из тектитов — крошечных сферических и каплеобразных оплавленных кусочков стекла, образующихся при расплавлении горных пород в результате высокоэнергетического ударного воздействия, — указал на Карибский регион как наиболее вероятное место падения метеорита в конце мелового периода. Но только в 1991 г., спустя более 10 лет после выдвижения астероидной гипотезы, у северного побережья мексиканского полуострова Юкатан был найден подходящий по возрасту и размеру ударный кратер — огромная кольцеобразная структура диаметром около 190 км, бо́льшая часть которой погребена под толщей молодых осадочных пород. Кратер был назван Чикшулуб по названию ближайшей деревушки на побережье. В следующем году публикация аргон-аргоновых датировок расплавленного стекла из буровых кернов, взятых из центра кратера, окончательно убедила сомневающихся геологов в том, что именно здесь находился эпицентр катаклизма. Средневзвешенное значение плато аргон-аргоновых возрастов для трех образцов составило 65,07 ± 0,10 млн лет, что точно соответствовало границе мелового периода, определенной Международной комиссией по стратиграфии
[23].
