Часы, созданные человеком, работают в масштабах времени, очень коротких по эволюционным меркам — часы, минуты, секунды — и процессы, зависящие от времени, которые они используют, быстры: раскачивание маятника, вращение пружинки, колебание кристалла, горение свечи, опустошение сосуда с водой или песочных часов, вращение земли (зарегистрированное по солнечному циферблату).
Все часы используют некоторый процесс, который идет с постоянной и известной скоростью.
Маятник качается с постоянной частотой, которая зависит от длины маятника, но (по крайней мере так гласит теория) не от амплитуды раскачивания или массы груза на его конце.
Напольные часы с маятником работают в связке маятника с анкером, который продвигает зубчатое колесо, шаг за шагом; тем самым вращение замедлено до скоростей вращения часовой стрелки, минутной стрелки и секундной стрелки.
Пружинные часы работают схожим образом.
В электронных часах используется электронный эквивалент маятника — колебание определенных видов кристаллов при запитке их энергией от батареи.
Водяные часы и свечные часы намного менее точны, но они были полезны до изобретения часов, отсчитывающих события.
Они зависят не от подсчета событий, как это делают маятниковые или цифровые часы, а от измерения некоторой количественной величины.
Солнечные часы — неточный способ определить время.
Но вращение Земли, являющееся процессом с временной зависимостью, на который они опираются, точен в более медленном масштабе времени тех часов, которые мы называем календарем.
Это происходит потому, что к этом масштабе времени они больше не являются измеряющими часами (солнечные часы измеряют непрерывную величину угла положения солнца), а становятся отсчитывающими часами (отсчитавающими циклы день/ночь).
Нам доступны как отсчитывающие, так и измеряющие часы на очень медленном временном масштабе эволюции.
Но для расследования эволюции мы не нуждаемся просто в часах, которые бы показывали текущее время, как это делают солнечные или наручные часы.
Мы нуждаемся в чем-то более похожем на фиксирующий секундомер, который может быть обнулен.
Наши эволюционные часы должны быть выставлены на ноль в некоторый момент, так, чтобы мы могли вычислить время, прошедшее после начальной точки, чтобы дать нам, например, абсолютный возраст некоторого объекта, такого как горная порода.
Радиоактивные часы для датировки магматических (вулканических) пород удобно обнуляются в момент затведевания расплавленной лавы.
К счастью, доступен ряд обнуляемых естественных часов.
Это разнообразие — хорошая вещь, потому что мы можем использовать одни часы, чтобы проверить точность других часов.
Еще более удачно, что они чутко покрывают удивительно широкий диапазон временных масштабов, и это нам нужно, потому что масштабы эволюционного времени охватывают семь или восемь порядков.
Стоит разъяснить, что это означает.
Порядок означает нечто совершенно конкретное.
Изменение на один порядок — это одно умножение (или деление) на десять.
Так как мы используем десятичную систему счисления, порядок числа — количество нулей, до или после десятичной запятой.
Таким образом диапазон в восемь порядков составляет сто миллионов раз.
Секундная стрелка часов вращается в 60 раз быстрее, чем минутная стрелка, и в 720 раз быстрее, чем часовая стрелка, так что эти три стрелки охватывают диапазон менее трех порядков.
Он ничтожен по сравнению с восемью порядками, охватываемыми нашим набором геологических часов.
Часы, построенные на радиоактивном распаде, доступны для коротких сроков, вплоть до долей секунды; но для эволюционных целей часы, которыми можно отмерять века или, возможно, десятилетия — это самое быстрое, из того, что нам необходимо.
Этот быстрый конец спектра естественных часов — годичные кольца и углеродное датирование — полезен в археологических целях, и в датировании экземпляров на шкале времени, которая охватывает одомашнивание собаки или окультуривание капусты.
В другом конце шкалы мы нуждаемся в естественных часах, которые бы отмеряли сотни миллионов или даже миллиарды лет.
И, хвала природе, которая предоставила нам такой широкий ассортимент нужных часов.
К тому же их диапазоны чувствительности перекрываются между собой таким образом, что мы можем использовать их для проверки друг друга.
ГОДИЧНЫЕ КОЛЬЦА ДЕРЕВЬЕВ
Часы годичных колец деревьев могут быть использованы для датирования куска дерева, скажем, бревна в доме времен Тюдоров, с удивительным точностью, в буквальном смысле до года.
Вот как это работает.
Во-первых, как многие знают, можно определить возраст недавно срубленного дерева путем подсчета колец в его стволе, предполагая, что внешнее кольцо представляет настоящее время.
Кольца отражают различия роста в разные сезоны года — зимой или летом, сухой сезон и сезон дождей, и они особенно ярко выражены в высоких широтах, где существует сильная разница между сезонами.
К счастью, вам не требуется на самом деле срубать дерево, чтобы определить его возраст.
Вы можете взглянуть на его кольца, не убивая его, а лишь высверлив отверстие до середины дерева извлекая образец ядра.
Но просто подсчет колец не скажет вам, в каком веке бревно вашего дома или мачта вашей галеры викингов было живо.
Если вы хотите, датировать давно мертвую древесину, вам придется быть более изощренными.
Не просто считайте кольца, а посмотрите на узор из толстых и тонких колец.
Так же, как наличие колец означает сезонные циклы интенсивного и слабого роста, так и некоторые года бывают лучше, чем другие, так как погода меняется из года в год: засуха замедлит процесс роста, а дождливый год ускорит его; есть холодные и теплые годы, и даже годы Эль-Ниньо или катастрофы Кракатау.
Хорошие годы, с точки зрения дерева, производят более широкие кольца чем, плохие годы.
И узор из широких и узких колец в любом одном регионе, созданный конкретной последовательностью хороших и плохих лет, является достаточно характерным «отпечатком пальца», который точно маркирует годы образования этих колец — чтобы быть распознаваемыми от дерева к дереву.
Дендрохронологи измеряют кольца на свежих деревьях, у которых точная дата каждого кольца определяется путем отсчета назад от года, в котором дерево, как известно, было срублено.
На этих измерениях они строят справочную коллекцию узоров колец, с которыми вы можете сравнить узоры колец археологического образца бревна, дату которого вы хотите узнать.
Таким образом, вы можете получить заключение: «Эта тюдоровская балка содержит последовательность годовых колец, которая соответствует последовательности из справочной литературы, которая, как известно, сформировалась в годы с 1541 по 1547.
Следовательно, дом был построен после 1547 года нашей эры.
Все это очень хорошо, но немногие из сегодняшних деревьев были живы в тюдоровские времена, уже не говоря о каменном веке или ранее.
Существуют некоторые деревья — остистые сосны и некоторые гигантские секвойи — которые живут на протяжении тысячелетий, но большинство деревьев, идущих на древесину, вырубается, когда они моложе ста лет или около того.
Как, тогда, мы создаем справочную коллекцию колец для более древних времен? Для времен столь отдаленных, что даже самая старая живая остистая сосна не захватывает их? Я думаю, что Вы уже додумались до ответа.
Перекрытия.
Прочный канат может быть длиной 100 метров, но каждое волокно в нем достигает лишь части этого размера.
Чтобы использовать принцип перекрытия в дендрохронологии, вы берете справочные образцы узоров, дата которых известна по современным деревьям.
Затем вы идентифицируете узор старых колец современных деревьев и ищете тот же самый узор среди молодых колец давно мертвых деревьев.
Затем, вы изучаете узор старых колец этих самых давно мертвых деревьев, и ищете тот же узор в младших кольцах еще более старых деревьев.
И так далее.
Вы можете выстроить цепочку в прошлое, теоретически на миллионы лет, используя окаменелый лес, хотя на практике дендрохронология используется только в археологических сроках, в масштабоах нескольких тысяч лет.
И удивительная вещь о дендрохронологии состоит в том, что, по крайней мере теоретически, вы можете сохранять точность до года даже в отношении ископаемого леса, которому 100 миллионов лет.
Вы буквально, можете сказать, что это кольцо в ископаемом дереве юрского периода образовалось на 257 лет позже, чем другое кольцо в другом дереве юрского периода! Если бы имелось достаточно окаменелого леса, чтобы построить непрерывную цепочку в прошлое из настоящего, вы бы смогли сказать, что это дерево не только конца юрского периода, но что оно было живо в 151 432 657 году до нашей эры! К сожалению, у нас нет такой непрерывной цепи, и дендрохронология на практике предоставляет нам всего около 11500 лет.
