Древние иранские мифы рассказывают, что мир был сотворен 12 тыс. лет назад. Вавилонские жрецы, достигшие огромных успехов в математике и астрологии, считали, что возраст Земли около 2 млн. лет. Трактуя различные сведения, собранные в Священном писании, средневековые теологи неоднократно пытались вычислить возраст Земли. Изучив текст Библии, архиепископ Иероним пришел к заключению, что мир был сотворен за 3941 год до начала современного летосчисления. Его коллега Феофил — епископ антиохский увеличил этот срок до 5515 лет. Августин Блаженный прибавил к нему еще 36 лет, а ирландский архиепископ Джеймс Ашер, явно неравнодушный к точным цифрам, высказал предположение, что мир был создан в утренние часы 26 октября 4004 г. до рождества Христова.
Шли годы. Поэтические легенды древности и символические трактаты средневековья не могли более удовлетворять насущные требования человечества и уступили место строгой научной формулировке, беспристрастному анализу, вере в материальность мира. Но по-прежнему людей продолжали интересовать вопросы: как образовалась наша планета и какие силы породили этот голубой шар с его горами и реками, льдами полюсов и огнем недр?
Поскольку никому не удастся проникнуть в далекое прошлое и воочию наблюдать рождение Земли, остается довольствоваться более или менее достоверными предположениями, догадками, гипотезами — путь трудный и часто неблагодарный. Так шахматист шаг за шагом восстанавливает последовательность ходов, которые могли привести к сложившейся на доске позиции. А может быть, таких путей было несколько? Значит, надо накапливать новые сведения в дополнение к огромным запасам фактов, уже хранящихся в арсенале научных знаний.
Ушли в прошлое первые попытки объяснить происхождение Земли. Одни из них строились на религиозных преданиях, другие, возможно, имели научный смысл, но были написаны иносказательным языком. Не расшифрованные, они кажутся сегодня набором мистических фраз.
Идеи о том, что Земля возникла в результате естественных процессов, высказывали в XVII столетии французский математик Рене Декарт и президент Берлинской академии наук, математик и философ Готфрид Лейбниц. Но лишь в XVIII веке были предложены первые научные концепции, которые можно считать космогоническими гипотезами в современном понимании этого термина. Их авторами были немецкий философ Иммануил Кант и французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас.
Согласно гипотезе Лапласа на месте Солнечной системы некогда существовала огромная раскаленная газовая туманность. Под действием охлаждения и взаимного тяготения газовых частиц она начала постепенно сжиматься и, вращаясь, приобрела уплощенную, приплюснутую форму. Но эти же процессы вызвали увеличение центробежной силы. От сгустка материи отделилось газовое кольцо, которое разорвалось, а затем сгустилось в шар, продолжавший вращение вокруг центра туманности. Сжатие ядра туманности не прекращалось. От ее экватора отрывались все новые и новые кольца, сгущавшиеся в шаровидные планеты. Подобным же образом, отделяясь от планет, возникли их спутники. А уплотнившаяся центральная часть туманности в конечном итоге превратилась в звезду, снабжающую дочерние планеты светом и теплом.
Кант выдвинул свои предположения раньше Лапласа, но опубликовал их анонимно. Поэтому долгое время не было известно, кто же автор гипотезы. В отличие от Лапласа, Кант считал, что в планетную систему сгустились не раскаленные газы, а холодные космические частицы. При этом первым образовалось Солнце, а планеты сформировались несколько позднее.
Почти столетие гипотезы Канта и Лапласа служили общепризнанным объяснением становления Солнечной системы. Только с конца прошлого века стали появляться некоторые дополнения к ним и делаться попытки взглянуть на образование Земли и других планет с иных позиций.
Так, в 1905 г. американские ученые астроном Форест Мультон и геолог Томас Чемберлин предположили, что мимо Солнца некогда прошла другая звезда, притяжение которой вызвало на поверхности нашего светила мощные приливы. С гребней приливных волн по направлению к проходящей звезде стали отделяться бесформенные хлопья солнечной м'атерии. Охлаждаясь, эта материя образовала небольшие сгущения — «планетезимали». Некоторые из таких сгущений, слившись воедино, превратились в протопланеты, одной из которых была прото-Земля. Поначалу Земля была значительно меньше, чем ныне; ее размеры постепенно увеличивались за счет мелких планетезималей и метеоритов.
В 1919 г. английский физик Джеймс Джине, проанализировав весь накопленный к тому времени материал по астрофизике и небесной механике, опубликовал работу «Проблемы космологии и звездной динамики», в которой предложил еще одну схему образования Солнечной системы. Подобно своим предшественникам. Джине считал, что Солнце было сначала одинокой звездой. Блуждая в просторах Вселенной, оно встретило на своем пути другую звезду. Под действием силы ее притяжения огромная масса вещества выплеснулась из Солнца и в сигарообразной форме протянулась навстречу этой звезде. Но звезда прошла мимо, а гигантская струя раскаленного солнечного вещества раздробилась на части, и при охлаждении из них возникли планеты.
Долгое время эта гипотеза считалась очень удачной. Но слишком мала вероятность подобной встречи звезд. Сам Джине полагал, что такая встреча может произойти только в одном случае из триллиона звездных сближений. К тому же выяснилось, что расчеты исследователя не могли объяснить происхождение комет, спутников планет и особенности движения некоторых планет, относящихся к группе Юпитера.
Развивая идеи Джинса, английский геофизик Харолд Джефрис предположил, что выброс солнечного вещества произошел не в результате сближения двух звезд, а вследствие удара, который нанесла Солнцу звезда, задевшая его по касательной. Но такое столкновение, по-видимому, еще менее вероятно, чем возможность самого прохождения вблизи Солнца другой звезды.
Когда же в конце 30-х годов появилось сообщение шведского астронома Эрика Хольмберга об открытии плането-подобных спутников звезд, и вслед за тем советские и американские исследователи установили, что собственные планеты может иметь приблизительно каждая десятая звезда, располагающаяся на удалении от Солнца до 16 световых лет, гипотеза Джинса и другие построения, предполагавшие уникальность Солнечной системы, утратили свое значение. А после того как в 1942 г. советский геофизик и астроном Николай Николаевич Парийский произвел расчеты, доказавшие, что нынешние траектории планет не могли бы сформироваться, если бы планетные тела образовались из газовой струи, выброшенной из Солнца, идеи Джинса — Джефриса были окончательно оставлены.
В 1944 г. советский академик Отто Юльевич Шмидт предложил другую гипотезу рождения планет. По его гипотезе Солнце, проходя сквозь межзвездное облако пыли и газов, увлекло за собой часть этого облака. Захваченные притяжением пылевые и газовые частицы вращались вокруг Солнца в одной плоскости, сталкивались, образовывали скопления. Мелкие частицы сливались друг с другом, более крупные притягивали к себе мелкие и, обрастая ими, непрерывно увеличивались в размере. Так постепенно росли будущие планеты. Математический аппарат, использованный в доказательствах Шмидта, сомнений не вызывал. Но захват звездой газопылевого облака — явление почти столь же маловероятное, как столкновение двух звезд, летящих в космическом пространстве.
Другой советский ученый, академик Василий Григорьевич Фесенков, объяснил происхождение Солнечной системы по-иному. Судя по сходству химического состава земной коры и солнечной атмосферы, Земля и другие планеты вполне могли иметь «солнечное» происхождение. По-видимому, Солнце некогда вращалось вокруг своей оси значительно быстрее, чем теперь. Вследствие такого вращения в экваториальной части светила возник вырост, от которого стали отделяться планеты. Утолщение на теле Солнца имело сравнительно невысокую температуру. Поэтому газы новорожденных планет не рассеивались в мировом пространстве и сами планеты сравнительно быстро охлаждались. Постепенно удаляясь от Солнца, они заняли свое нынешнее положение.
В 1950 г. известный американский исследователь Дж.П.Койпер высказал предположение, что Солнце входило ранее в систему двойной звезды. Одна из этих звезд рассеялась в пространстве и стала материалом для газопылевого облака, из которого затем сформировались планеты.
В последующие годы было предпринято немало попыток дать более строгое объяснение возможным процессам образования Солнечной системы. Появились новые идеи о возрождении и развитии модели Канта — Лапласа на основе современных достижений космической электродинамики. Предложено оригинальное объяснение причин турбулентных движений космического вещества, вызываемых конвекцией. Высказаны интересные мысли о закономерностях сжатия про-топланетного облака; предполагается, что толчком, нарушившим равновесие первичной газопылевой туманности, явился взрыв сверхновой звезды...
Многочисленным гипотезам о происхождении Земли посвящена обширная литература, содержащая бурную полемику, доводы за и против, остроумные доказательства, строгую критику. Большинство ученых, занимающихся проблемами космогонии, полагают, что Солнечная система сформировалась из прародительского космического облака, в котором возникли некие центры сгущения вещества. Но у астрономов, геологов и физиков еще не сложилось единого мнения о причинах образования нашей планеты, и ни одна из предложенных гипотез не может в полной мере объяснить строения Солнечной системы. Можно с уверенностью сказать, что вопрос о том, как произошла Земля, еще ждет своего решения.
Для того чтобы найти верный ответ на этот вопрос, предстоит разрешить еще немало загадок, заданных природой. Видное место среди них занимает проблема времени. Сколько миллионов или миллиардов лет длилось формирование земных слоев? Можно ли оценить во времени процесс становления Земли как планеты? Какими часами измерить продолжительность жизни Солнечной системы? Сколько лет Земле?
С давних пор в каменоломнях и шахтах, а иногда просто на земной поверхности люди находили странные образования, напоминавшие то листья растений, то кости животных, то раковины моллюсков. Эти таинственные формы были похожи на настоящие листья и кости, но откуда глубоко под землей могли появиться останки организмов?
Одни ученые считали, что загадочные ископаемые, так поразительно напоминающие растения и животных, представляют собой окаменевшие «соки земли»; другие полагали, что это результат «игры природы»; третьи выдвигали предположение об их самопроизвольном зарождении.
Но примерно в середине XVIII века все эти взгляды уступили место так называемой дилювиальной теории, или теории потопа (по-латыни потоп—дилювий). Согласно этой теории все окаменелости рассматривались как останки животных и растений, погибших во время всемирного потопа.
Дилювиальная теория была значительным шагом вперед по сравнению со всеми существовавшими до нее предположениями. Теперь к ископаемым стали относиться как к останкам подлинных, действительно живших организмов, их начали собирать и тщательно описывать. Эти описания сопровождались рисунками. Впервые в геологической литературе появились атласы с изображением целых комплексов ископаемых растений и скелетов животных. Зарождалась новая наука, которую позже назвали палеонтологией, что по-гречески означает «учение о древних организмах».
Сравнивая окаменелости с современными животными и растениями, ученые делали первые попытки установить условия, в которых жили погибшие организмы. Ископаемые не позволяли установить год потопа, в результате которого погибли обитатели Земли, но некоторые признаки окаменелостей, казалось, давали возможность судить хотя бы о сезоне, когда могло произойти это событие.
В 1702 г. английский естествоиспытатель Джон Вудворд издал книгу «Естественная история Земли», где описал, в частности, ископаемые орехи. Вудворд обратил внимание на то, что эти орехи неспелые. Следовательно, они были погребены в конце весны, когда плоды уже образовались, но созреть еще не успели. К такому же выводу пришел швейцарский коллега Вудворда — Иоганн Якоб Шойхцер, исследовавший растительные остатки, которые он принял за незрелые колосья. Шойхцер тоже предполагал, что потоп произошел приблизительно в мае.
Но относительно времени начала потопа среди ученых не было единого мнения. Каждый исследователь называл новые сроки. Вот, например, что писал в 1758 г. Дж. Парсонс*, изучавший ископаемые плоды с острова Шеппи в устье Темзы: «Если эти плоды, которые я имею честь положить перед Вами, являются додилювиальными, то можно представить, как это делал доктор Вудворд, что они в некоторой степени указывают время года, когда произошел Потоп. Вудворд полагал, что Потоп имел место в мае, но его мнение встречает возражения... Найденные окаменевшие плоды столь совершенны, что заставляют предполагать, что они были вполне зрелыми, когда были захоронены в тех местах, в которых они найдены. Это убеждает нас в том, что Потоп произошел ближе к августу». Некоторые были еще более категоричны. Так, вышеупомянутый ирландский архиепископ Ашер в своем труде «Анналы мира», ссылаясь на находки ископаемых, решительно заявил, что потоп начался в воскресенье 7 декабря — ни раньше, ни позже.
* Parsons J. An account of some fossil fruits and other bodies found in the Island Shepey. - Roy. Soc. London, Phil. Trans., 1758, vol. 50, pt. 1, p. 402.
Но по мере того как росло количество собранных ископаемых остатков, станопи чось все более очевидным, что многие ископаемые животные и растения совершенно не похожи на существующих ныне. С учетом этого стали высказываться предположения, что среди окаменелостей встречаются не только предшественники современных организмов, но и «допотопные» группы, погибшие во время катастрофы и не имеющие аналогов в современном растительном и животном мире. Кроме того, предлагалось различать «туземные» формы, погребенные там, где они обитали, и остатки «экзотических» организмов, которые жили в других областях и были перенесены к местам их захоронения во время потопа.
Ископаемые остатки древних организмов: 1 - отпечаток листа пальмы 2 - хвойное растение {Watchia} ; 3 - раковина брюхоногого моллюска 4-аммонит {Cardioceras cordatum}; 5 - личинка бранхиозавра.
Уже в 1760 г. толща земных отложений была подразделена на три последовательно сменяющие друг друга группы горных пород: первичную, вторичную и третичную. Сопоставляя находки ископаемых организмов с этой первой грубой шкалой, исследователи убеждались, что отличия древних животных и растений от современных тем заметнее, чем глубже залегают пласты, заключающие в себе окаменелости. Но связать разрозненные наблюдения в единую непротиворечивую гипотезу долгое время не удавалось.
В 1796 г. в графстве Сомерсетшир на юго-западе Англии работал на прокладке канала землемер Уильям Смит. Наблюдая различные слои горных пород, он заметил, что в каждом встречаются «органические ископаемые», присущие только этому слою. В одних пластах есть многочисленные раковины, в других — отпечатки растений; некоторые же толщи вообще лишены ископаемых остатков. Смит стал собирать окаменелости из каждого слоя. Изучив их, он составил первую таблицу последовательности геологических отложений Англии. А через несколько лет, выпустив в свет «Геологическую карту Англии, Уэльса и части Шотландии», Смит приступил к изданию своего исторического труда под названием «Пласты, определяемые по их органическим ископаемым». В предисловии он писал, что окаменелости дают ключ к познанию подпочвенных слоев, и подчеркивал, что находить и распознавать их могут даже люди совершенно неграмотные.
После работ Смита уже не оставалось сомнений в том, что животный и растительный мир на протяжении истории Земли неоднократно изменялся. Этот факт невозможно было объяснить с точки зрения дилювиальной теории, утверждавшей, что и теперь на Земле обитают те же виды животных и растений, которые жили на ней до потопа. Гипотеза о всемирном потопе утратила свою ценность. Становилось все яснее, что чем древнее организмы, тем существеннее разница между ними и современными животными.
Попытку истолковать это явление сделал французский ученый, основатель сравнительной палеонтологии Жорж Кювье. Он высказал мысль, что в былые времена на нашей планете неоднократно происходили катаклизмы — колоссальные катастрофы, в результате которых гибло большинство обитателей Земли. И после каждого такого переворота животный мир возрождался, но уже в ином составе.
Теория катастроф сыграла в геологии и палеонтологии большую роль. Она утвердила идею, что история Земли распадается на ряд этапов, каждому из которых свойственны определенные формы животных и растений.
Признание значения окаменелостей для определения возраста земных слоев заметно оживило развитие всех областей геологической науки и существенно способствовало их прогрессу. Изучение ископаемых остатков подтвердило, что до потопа существовал протяженный ряд многократно сменявших друг друга сообществ организмов. Палеонтологические материалы стали широко использовать при составлении геологических карт и поисках месторождений минерального сырья.
Против теории катаклизмов выступил французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк. С начала XIX века один за другим выходят в свет его основополагающие труды: «Гидрогеология», «Естественная история растений», «Философия зоологии» и многотомная «Естественная история безпозвоночных животных». Намного опередив свою эпоху, Ламарк создал первое стройное учение о развитии органического мира, обосновал новую систематику животных, уточнил принципы ботаники, впервые развил эволюционные идеи в биологии и высказал мысль, что и сам человек является результатом исторического развития жизни.
Современники не смогли в полной мере оценить значение работ Ламарка. Но провозглашенные им воззрения и его огромный научный авторитет оказали определенное влияние даже на тех исследователей, которые продолжали оставаться убежденными катастрофистами. Следствием этого стали многочисленные смелые попытки установить закономерности появления различных групп организмов во времени.
В 1820 г. немецкий ученый Каспар Штернберг подразделил историю растительного мира Земли на три больших периода. Восемь лет спустя французский геолог и палеоботаник Александр Броньяр установил существование четырех периодов. Данные этих исследователей, занимавшихся изучением древней флоры, начали сопоставляться с материалами, полученными в разных странах специалистами по вымершим беспозвоночным. Это было рождение шкалы относительного — геологического — возраста земных слоев.
Теория катастроф продолжала оставаться главенствующей в науке на протяжении нескольких десятилетий. Положение ее пошатнулось только в середине прошлого века, когда в 1859 г. вышел в свет замечательный труд английского естествоиспытателя Чарлза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».
Выдвинутая Дарвином теория эволюции, согласно которой в облике животного и растительного мира происходит бесконечный ряд изменений, отражающих взаимоотношения организмов и изменения среды, где они живут, дала новый толчок развитию различных областей палеонтологии. Десятки людей во многих странах мира начинают интересоваться окаменелостями. Отовсюду поступают сообщения о новых находках ископаемых организмов.
Наука об относительном возрасте земных слоев стала развиваться быстрыми темпами. Работы по добыче камня отныне нередко сопровождались специально организованными поисками окаменелых остатков животных и растений. Росли палеонтологические коллекции. Накапливались знания об эпохах развития жизни на Земле.
И, быть может, никто из геологов не вспомнил о том, что в 30-х годах XIX столетия на уральских заводах работали два человека, не имевшие никакого отношения к науке о Земле. Они построили около 20 паровых машин и первый в России паровоз. Созданные ими паровозы работали на чугунной рельсовой дороге, проложенной между рудником и заводом. Речь идет о русских механиках-изобретателях Черепановых — отце Ефиме Алексеевиче и сыне Мироне Ефимовиче.
Задумался ли исследователь истории Земли над будущим своей науки, прослышав, что в Англии сорершил свой первый рейс между Манчестером и Ливерпулем первый в мире пассажирский поезд? И едва ли кто-нибудь знал, какое значение для палеонтологии будет иметь тот день, когда немецкие инженеры установят на колесной повозке двигатель внутреннего сгорания и родится еще одно детище техники — автомобиль.
Каким странным ни покажется это на первый взгляд, но изобретение двух новых средств передвижения оказало громадное влияние на прогресс науки о древних организмах. И не потому, что эти машины сделали доступными любые точки земного шара. Суть дела в том, что начавшееся в конце прошлого века быстрое развитие паровозо- и автомобилестроительной промышленности привело к необходимости прокладывать многие тысячи километров автомобильных и железных дорог. А это в свою очередь вызвало небывалый размах земляных работ.
Бесчисленная армия рабочих ежедневно переворачивает сотни тысяч тонн горных пород, строя насыпи, прорывая тоннели, котлованы и канавы. За предельно короткий срок большие пространства оказались изборожденными земляными выработками. Для паровозов и автомашин требовалось огромное количество топлива, и в поисках нефти и каменного угля тысячи новых шахт и буровых скважин пронзили толщу земной коры.
Все эти работы, проведенные за короткий отрезок времени на стыке XIX и XX столетий, дали возможность палеонтологам собрать такое количество ископаемых остатков животных, которое во много раз превышало все прежние сборы. Много интереснейших научных открытий было сделано именно в эти годы. Собранные материалы позволили внести уточнения в шкалу геологического возраста, которая создавалась геологами разных стран еще со времен господства дилювиальной теории.
Изучение геологических разрезов земной коры дает возможность выяснить, в какой последовательности формировались слагающие ее пласты. Чтобы сравнить между собой различные толщи осадочных образований, необходимо найти заключенные в них остатки древних животных или растений. Долгие и трудоемкие поиски окаменелостей, кропотливое изучение палеонтологических коллекций позволили установить характерные комплексы фауны и флоры, присущие каждому периоду истории Земли; помогли уточнить границы эпох; способствовали выяснению закономерностей развития органического мира нашей планеты. Все это дало возможность рассматривать ископаемые остатки вымерших растений и животных в качестве указателей относительного геологического возраста горных пород.
Но, склоняясь над коллекциями окаменелостей, освобождая из каменного плена скелеты вымерших животных, естествоиспытатели тщетно старались установить, сколько лет назад погибли эти обитатели Земли. И через века безответным вопросом звучали слова Леонардо да Винчи*: «О время, скорый истребитель возникших вещей, сколько народов ты уничтожило, сколько государств пало и сколько различных событий произошло с тех пор, как чудесная форма этой рыбы здесь умерла в пещерных и извилистых недрах?».