Даже в лишенных солнечного света глубинах океана содержатся ответы на некоторые вопросы, связанные с продолжительностью различных стадий плейстоцена. В то время когда Либби разрабатывал свой радиоуглеродный метод геохронологии, другой химик Чикагского университета доктор Гарольд С. Юри, лауреат Нобелевской премии, открыл способ определять температуру воды, в которой существовали животные, обладающие раковинами, например моллюски, в любой период геологического прошлого, даже если он исчисляется миллионами лет.
Сделать это помог изотоп, на этот раз кислород 18. Юри нашел, что отношение кислорода 18 к кислороду 16 в углекислом кальции раковины указывает на температуру воды во время роста раковины: чем больше содержится в раковине кислорода 18, тем выше была температура воды. Это то же самое свойство, которое было использовано для разделения зимних и летних слоев в снеге, фирне и ледниковом льду.
Среди множества планктонных организмов, дрейфующих по освещенной солнцем поверхности моря, есть группа фораминифер, которые умеют строить одни из самых тонких и красивых раковин, известных в природе. Эти одноклеточные животные обитают в море миллионы лет, и все это время их трупы дождем падали в бездну, покрывая слой за слоем дно моря, — самую неизменяемую среду на нашей планете. Свое последнее пристанище они делят только с раковинами других морских животных и небольшим количеством ила, большая часть которого образовалась из принесенной ветром и «утонувшей» вулканической пыли.
Вскоре после того как Юри открыл свой метод определения палеотемператур, геохимики стали исследовать при помощи изотопов кислорода извлеченные со дна моря крохотные раковинки фораминифер. Как и можно было ожидать, раковинки животных, обитающих в Карибском море и экваториальных районах Тихого и Атлантического океанов, для глубин которых характерна постоянная температура воды около 0°, отличаются иным соотношением изотопов кислорода, чем раковины животных, плавающих в более теплых поверхностных водах. Соотношение изотопов кислорода в раковинах фораминифер показывает, что температура поверхностных вод в плейстоцене колебалась в пределах более 6°.
Сочетая методы Юри и Либби, ученые из Ламонтской обсерватории нашли, что приблизительно 11 тысяч лет тому назад, когда край вальдерского ледникового покрова начал отступать из Висконсина и Мичигана, температура воды в океанах довольно резко поднялась (меньше чем за одну тысячу лет) на несколько градусов. Таким образом, как суша, так и море дают подтверждающие друг друга доказательства заметных климатических изменений.
Изотопы кислорода показывают также, что около 18 тысяч лет тому назад наступило потепление климата, совпадающее, как нам представляется, с началом конца висконсинского ледникового покрова. Изотопный анализ раковин позволяет сделать вывод, что висконсинскому (вюрмскому) оледенению предшествовали три главных периода низких температур, которые, вероятно, соответствуют трем более ранним ледниковым стадиям — иллинойской (рисс), канзасской (миндель) и небраскской (гюнц).
Среди различных радиоактивных элементов, присутствующих в ничтожных количествах в иле на дне океанских пучин, есть протактиний и ионий. Они позже всех стали применяться для определения возраста океанических отложений. Оба элемента образуются из урана, содержащегося в морской воде, и так как они распадаются с различной скоростью, их соотношение непосредственно указывает на возраст определяемого явления. Диапазон хронологических возможностей нового метода — приблизительно 150 тысяч лет в глубь плейстоцена, по крайней мере в применении к морским осадкам.
Удачно, что с помощью изотопов кислорода возможно определять температуру, свойственную осадкам в то время, когда они отлагались. А это, в свою очередь, отражает, что происходило с царством льда на суше. Радиоуглерод, протактиний и ионий помогли узнать скорость накопления осадков на дне моря. Применяя эти данные к более древним отложениям, возраст которых не поддается определению радиохимическими методами, и используя способ определения палеотемператур, можно составить приблизительную шкалу времени для всей эпохи плейстоцена. Шкала показывает не только продолжительность в годах каждого ледникового и межледникового периода, но также и температуру воды в океане.
С помощью этой системы профессор Чезаре Эмилиани из университета в Майами определил, что от начала первого большого оледенения в эпоху плейстоцена (небраскское, или гюнцское) нас отделяет 300 тысяч лет, хотя, по его мнению, сам плейстоцен насчитывает 600 тысяч лет или более. Многие ученые тоже считают, что ледниковая эпоха наступила значительно позже начала плейстоцена, но большинство полагает, что как ледниковый период, так и плейстоцен относятся к гораздо более раннему времени, чем указывает Эмилиани. На основании анализа образцов профессор Эмилиани делает вывод, что в первой половине плейстоцена не было материкового ледникового покрова, но периоды горного оледенения наступали много раз.
Точна ли шкала времени профессора Эмилиани или нет (а он несколько раз заявлял, что его заключения носят предварительный характер), то, что он и другие ученые уже сделали, предвещает успешное завершение дела. В недалеком будущем ил и раковинки, поднятые со дна моря, дадут нам точную шкалу температуры и времени для всего плейстоцена, а возможно, и для гораздо большего геологического периода. Уже установлено, что некоторые образцы, извлеченные на поверхность, содержат осадки и раковинки, отложенные десятки миллионов лет тому назад. Ежегодные слои этих осадков микроскопически тонкие. Две пробы, взятые со дна центральной части Карибского моря исследовательскими судами Океанографического института в Вудс-Холле и Ламонтской обсерватории, показали, что для отложения одного сантиметра осадков потребовалось почти восемьсот лет.
Есть огромные пространства океанического дна, где отложения накапливаются с бесконечно меньшей скоростью. Но если будут получены более длинные колонки грунтов, перед учеными откроется волнующая перспектива определения времени, когда первозданное море наполнило первую океаническую впадину на Земле.