ILE LAT MA ZIEMIA?

Send

Ten artykuł pochodzi z archiwum Space Magazine, ale został zaktualizowany za pomocą tego sztywnego wideo.

Ile lat ma Ziemia? Naukowcy uważają, że Ziemia ma 4,54 miliarda lat. Oczywiście to nie przypadek; Słońce i planety powstały razem z rozproszonej chmury wodoru miliardy lat temu.

We wczesnym Układzie Słonecznym wszystkie planety powstały w mgławicy słonecznej; resztki pozostałe po powstaniu Słońca. Małe cząsteczki pyłu zebrane razem w coraz większe obiekty - kamyki, skały, głazy itp. - dopóki w Układzie Słonecznym nie było wielu planetoid. Te planetoidy zderzyły się ze sobą i ostatecznie zgromadziły się wystarczająco, aby osiągnąć rozmiary Ziemi.

W pewnym momencie wczesnej historii Ziemi planetoida wielkości Marsa uderzyła w naszą planetę. Wynikająca z tego kolizja spowodowała wysłanie szczątków na orbitę, która ostatecznie stała się Księżycem.

Skąd naukowcy wiedzą, że Ziemia ma 4,54 miliarda lat? Trudno powiedzieć na podstawie samej powierzchni planety, ponieważ tektonika płyt nieustannie zmienia kształt swojej powierzchni. Starsze części powierzchni ślizgają się pod nowszymi płytami, aby poddać je recyklingowi w rdzeniu Ziemi. Najstarsze skały, jakie kiedykolwiek znaleziono na Ziemi, mają 4,0 - 4,2 miliarda lat.

Naukowcy zakładają, że cały materiał w Układzie Słonecznym uformował się w tym samym czasie. Powstały razem różne chemikalia, a zwłaszcza izotopy radioaktywne. Ponieważ rozpadają się w bardzo znanym tempie, izotopy te można zmierzyć, aby określić, jak długo istniały pierwiastki. A badając różne meteoryty z różnych miejsc w Układzie Słonecznym, naukowcy wiedzą, że wszystkie planety powstały w tym samym czasie.

Nieudane metody obliczania wieku Ziemi
Nasza obecna, dokładna metoda pomiaru wieku Ziemi znajduje się na końcu długiej serii szacunków dokonanych w historii. Sprytni naukowcy odkryli cechy Ziemi i Słońca, które zmieniają się w czasie, a następnie obliczyli, ile lat ma z tego planeta Ziemia. Niestety wszystkie były wadliwe z różnych powodów.

Spadające poziomy mórz - Benoit de Maillet, francuski antropolog, który żył w latach 1656–1738 i odgadł (niepoprawnie), że skamieliny na dużych wysokościach oznaczały, że Ziemia była kiedyś pokryta dużym oceanem. Ten ocean zabrał 2 miliardy lat wyparować do obecnego poziomu mórz. Naukowcy porzucili to, gdy zdali sobie sprawę, że poziomy mórz naturalnie podnoszą się i opadają.
Chłodzenie Ziemi – William Thompson, później znany jako Lord Kelvin, założył, że Ziemia była kiedyś stopioną kulą skalną o tej samej temperaturze Słońca, a potem odtąd się ochładza. Na podstawie tych założeń Thompson obliczył, że Ziemia wzięła gdzieś pomiędzy 20 i 400 milionów lat schłodzić do aktualnej temperatury. Oczywiście Thompson poczynił kilka niedokładnych założeń, dotyczących temperatury Słońca (tak naprawdę 15 milionów stopni Kelvina w jądrze), temperatury Ziemi (ze stopionym rdzeniem) oraz tego, jak Słońce jest zbudowane z wodoru, a Ziemia jest wykonane z kamienia i metalu.
Chłodzenie Słońca - W 1856 roku niemiecki fizyk Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz podjął próbę obliczenia wieku Ziemi poprzez ochłodzenie Słońca. Obliczył, że Słońce by wziął 22 miliony lat skrapla się do obecnej średnicy i temperatury z rozproszonej chmury gazu i pyłu. Chociaż było to niedokładne, Helmholtz poprawnie stwierdził, że źródło ciepła Słońca było napędzane skurczem grawitacyjnym.
Erozja skalna - W swojej książce The Origin of Species by Means of Natural Selection Charles Darwin zaproponował, że erozja złóż kredy może pozwolić na obliczenie minimalnego wieku planety. Darwin oszacował, że formacja kredowa w regionie Weald w Anglii mogła się odbyć 300 milionów lat przetrwać w obecnej formie.

Orbita Księżyca - George Darwin, syn Charlesa Darwina, domyślił się, że Księżyc mógł powstać z Ziemi i dryfował do obecnego położenia. Teoria rozszczepienia sugeruje, że szybki obrót Ziemi spowodował, że fragment planety wyleciał w przestrzeń kosmiczną. Darwin obliczył, że przynajmniej zabrał Księżyc 56 milionów lat aby osiągnąć obecną odległość od Ziemi. Wiemy teraz, że Księżyc prawdopodobnie powstał, gdy obiekt wielkości Marsa uderzył w Ziemię miliardy lat temu.
Zasolenie Oceanu - W 1715 roku słynny astronom Edmund Halley zaproponował, aby zasolenie oceanów można było wykorzystać do oszacowania wieku planety. Halley zauważył, że oceany i jeziora zasilane strumieniami stale otrzymują więcej soli, która następnie zakleszcza się w miarę odparowywania wody. Z czasem woda będzie coraz bardziej zasolona, co pozwoli oszacować, jak długo ten proces trwa. Różni geolodzy używali tej metody, by zgadywać, że Ziemia była pomiędzy 80 i 150 milionów lat. Ta metoda była wadliwa, ponieważ naukowcy nie zdawali sobie sprawy, że procesy geologiczne również wydobywają sól z wody.

Datowanie radiometryczne zapewnia dokładną metodę poznania wieku Ziemi
W 1896 roku francuski chemik A. Henri Becquerel odkrył radioaktywność, proces, w którym materiały rozpadają się na inne materiały, uwalniając energię. Geolodzy zdali sobie sprawę, że wnętrze Ziemi zawiera dużą ilość materiału radioaktywnego, a to zrzuci ich obliczenia dla wieku Ziemi. Chociaż to odkrycie ujawniło wady poprzednich metod obliczania wieku Ziemi, dostarczyło nowej metody: datowanie radiometryczne.

Geolodzy odkryli, że materiały radioaktywne rozpadają się na inne pierwiastki w bardzo przewidywalnym tempie. Niektóre materiały rozpadają się szybko, podczas gdy inne mogą zająć miliony, a nawet miliardy lat. Ernest Rutherford i Frederick Soddy, pracujący na uniwersytecie McGill, ustalili, że połowa każdego izotopu pierwiastka promieniotwórczego rozpada się na inny izotop z ustaloną szybkością. Na przykład, jeśli masz ustaloną ilość toru-232, połowa z niego rozpadnie się w ciągu miliarda lat, a następnie połowa tej ilości rozpadnie się w ciągu kolejnego miliarda lat. To jest źródło terminu „okres półtrwania”.

Mierząc okres półtrwania izotopów promieniotwórczych, geologowie byli w stanie zbudować drabinę pomiarową, która pozwoli im dokładnie obliczyć wiek formacji geologicznych, w tym Ziemi. Wykorzystali rozpad uranu do różnych izotopów ołowiu. Mierząc ilość trzech różnych izotopów ołowiu (Pb-206, Pb-207 i Pb-208 lub Pb-204), geolodzy mogą obliczyć, ile uranu pierwotnie znajdował się w próbce materiału.

Jeśli Układ Słoneczny uformowany jest ze wspólnej puli materii o równomiernie rozmieszczonych izotopach Pb, wówczas wszystkie obiekty z tej puli materii powinny wykazywać podobne ilości izotopów. Z biegiem czasu ilości Pb-206 i Pb-207 zmienią się, ponieważ te izotopy są produktami końcowymi rozpadu uranu. To powoduje zmianę ilości ołowiu i uranu. Im wyższy stosunek uranu do ołowiu w skale, tym bardziej wartości Pb-206 / Pb-204 i Pb-207 / Pb-204 zmienią się z czasem. Zakładając, że źródło Układu Słonecznego było równomiernie rozmieszczone z izotopami uranu, możesz narysować linię danych pokazującą wykres ołowiu do uranu, a ze nachylenia linii czas, który upłynął od pulę materii podzielono na pojedyncze obiekty, które można obliczyć.

Bertram Boltwood zastosował tę metodę datowania do 26 różnych próbek skał i odkrył, że powstały między nimi 92 i 570 milionów lat, a dalsze udoskonalenia tej techniki dały wieki między 250 milionów do 1,3 miliarda lat.

Geolodzy rozpoczęli eksplorację Ziemi, szukając najstarszych formacji skalnych na planecie. Najstarsza skała powierzchniowa znajduje się w Kanadzie, Australii i Afryce, z wiekiem od 2,5 do 3,8 miliarda lat. Najstarszą skałę odkryto w Kanadzie w 1999 r. I szacuje się, że ma niewiele ponad 4 miliardy lat.

To ustanowiło minimalny wiek Ziemi, ale dzięki procesom geologicznym, takim jak wietrzenie i tektonika płyt, może być jeszcze starszy.

Meteoryty jako ostateczna odpowiedź na epokę Ziemi
Problem z pomiarem wieku skał na Ziemi polega na tym, że planeta podlega ciągłym zmianom geologicznym. Tektonika płyt stale przetwarza części Ziemi, mieszając ją i na zawsze ukrywając najstarsze regiony planety. Ale zakładając, że wszystko w Układzie Słonecznym powstało w tym samym czasie, meteoryty w kosmosie nie uległy wpływowi wietrzenia i tektoniki płyt tutaj na Ziemi.

Geolodzy wykorzystali te nieskazitelne obiekty, takie jak meteoryt Canyon Diablo (fragmenty asteroidy, która uderzyła w krater Barringer) jako sposób na osiągnięcie prawdziwego wieku Układu Słonecznego, a zatem Ziemi. Dzięki zastosowaniu radiometrycznego systemu datowania na tych meteorytach geolodzy byli w stanie ustalić, że Ziemia jest 4,54 miliarda lat z marginesem błędu około 1%.

Źródła:
Zrozumienie nauki - Lord Kelvin
Wiek Ziemi USGS
Nieudany zegar naukowy Lorda Kelvina
Rola rozpadu radioaktywnego
Astronomy Cast Episode 51: Ziemia
Znaleziono najstarsze formacje skalne