Zdjęcie Ziemi z „Niebieskiego Marmuru” zrobione z instrumentu VIIRS na pokładzie obserwującego Ziemię satelity NASA - elektrowni jądrowej Suomi - 4 stycznia 2012 r.
(Zdjęcie: © NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring)
Planeta Ziemia nie ma aktu urodzenia, który rejestrowałby jej powstawanie, co oznacza, że naukowcy spędzili setki lat walcząc o określenie wieku planety. Ile lat ma Ziemia?
Datując skały w stale zmieniającej się skorupie ziemskiej, a także skały w sąsiadujących z nimi ziemiach, takie jak księżyc i odwiedzające meteoryty, naukowcy obliczyli, że Ziemia ma 4,54 miliarda lat, a zakres błędu wynosi 50 milionów lat.
Ile lat mają twoje skały?
W ciągu ostatnich 400 lat naukowcy podjęli kilka prób datowania planety. Próbowali przewidzieć wiek na podstawie zmieniających się poziomów mórz, czasu potrzebnego do ochłodzenia Ziemi lub Słońca do obecnych temperatur oraz zasolenia oceanu. W miarę postępu technologii randkowej metody te okazały się zawodne; na przykład wznoszenie się i opadanie oceanu okazało się procesem ciągle zmieniającym się, a nie stopniowo malejącym.
W kolejnej próbie obliczenia wieku planety naukowcy zwrócili się ku skałom pokrywającym jej powierzchnię. Ponieważ jednak tektonika płyt stale się zmienia i odnawia skorupę, pierwsze skały już dawno zostały poddane recyklingowi, stopione i przekształcone w nowe odsłonięcia.
Naukowcy muszą również zmierzyć się z problemem zwanym Wielką Niezgodnością, w którym wydaje się, że brakuje warstw skał osadowych (na przykład w Wielkim Kanionie jest 1,2 miliarda lat skały, których nie można znaleźć). Istnieje wiele wyjaśnień tej niezgodności; na początku 2019 r. jedno badanie sugerowało, że globalna epoka lodowcowa spowodowała, że lodowce zetknęły się ze skałą, powodując jej rozpad. Tektonika płyt wrzuciła następnie pokruszoną skałę z powrotem do wnętrza Ziemi, usuwając stary dowód i przekształcając ją w nową skałę.
Na początku XX wieku naukowcy udoskonalili proces datowania radiometrycznego. Wcześniejsze badania wykazały, że izotopy niektórych pierwiastków promieniotwórczych rozpadają się na inne pierwiastki w przewidywalnym tempie. Badając istniejące pierwiastki, naukowcy mogą obliczyć początkową ilość pierwiastka promieniotwórczego, a tym samym czas potrzebny na rozpad pierwiastków, umożliwiając im określenie wieku skały.
Najstarsze znalezione do tej pory skały na ziemi to gnejs Acasta w północno-zachodniej Kanadzie w pobliżu jeziora Great Slave, które mają 4,03 miliarda lat. Ale skały starsze niż 3,5 miliarda lat można znaleźć na wszystkich kontynentach. Grenlandia może się pochwalić skałami suprustracyjnymi Isua (od 3,7 do 3,8 miliarda lat), a skały w Suazi mają od 3,4 miliarda do 3,5 miliarda lat. Próbki w Australii Zachodniej mają od 3,4 miliarda do 3,6 miliarda lat.
Grupy badawcze w Australii odkryły najstarsze ziarna mineralne na Ziemi. Te małe kryształy krzemianu cyrkonu osiągają wiek, który sięga 4,3 miliarda lat, co czyni je najstarszymi materiałami znalezionymi do tej pory na Ziemi. Ich skały źródłowe nie zostały jeszcze znalezione.
Skały i cyrkonie wyznaczyły dolny limit wieku Ziemi wynoszący 4,3 miliarda lat, ponieważ sama planeta musi być starsza niż wszystko, co leży na jej powierzchni.
Kiedy powstało życie, wciąż jest przedmiotem dyskusji, zwłaszcza że niektóre wczesne skamieliny mogą wyglądać jak naturalne formy skalne. Niektóre z najwcześniejszych form życia znaleziono w zachodniej Australii, jak ogłoszono w badaniu z 2018 r .; naukowcy odkryli maleńkie włókna w skałach o długości 3,4 miliarda lat, które mogą być skamielinami. Inne badania sugerują, że życie powstało jeszcze wcześniej. Rurki hematytowe w skale wulkanicznej w Quebecu mogły zawierać mikroby między 3,77 a 4,29 miliarda lat temu. Badacze przyglądający się skałom w południowo-zachodniej Grenlandii zobaczyli także struktury stożkowate, które mogły otaczać kolonie drobnoustrojów około 3,7 miliarda lat temu.
Poznaj sąsiadów
W celu dalszego udoskonalenia wieku Ziemi naukowcy zaczęli patrzeć na zewnątrz. Materiałem tworzącym układ słoneczny była chmura pyłu i gazu otaczająca młode słońce. Oddziaływania grawitacyjne połączyły ten materiał w planety i księżyce w tym samym czasie. Badając inne ciała w Układzie Słonecznym, naukowcy mogą dowiedzieć się więcej o wczesnej historii planety.
Księżyc najbliżej Ziemi, Księżyc, nie doświadcza procesów wynurzania się zachodzących w krajobrazie Ziemi. Jako takie skały z wczesnej historii Księżyca wciąż znajdują się na powierzchni Księżyca. Próbki zwrócone z misji Apollo i Luna ujawniły wiek między 4,4 a 4,5 miliarda lat, pomagając ograniczyć wiek Ziemi. To, jak powstał księżyc, jest kwestią dyskusyjną; podczas gdy dominująca teoria sugeruje, że obiekt wielkości Marsa rozbił się na Ziemi, a fragmenty ostatecznie zlewały się w księżyc, inne teorie sugerują, że Księżyc powstał przed Ziemią. [Powiązane: Jak powstała Ziemia?]
Oprócz dużych ciał Układu Słonecznego naukowcy badali mniejszych skalistych gości, którzy spadli na Ziemię. Meteoryty powstają z różnych źródeł. Niektóre są odrzucane z innych planet po gwałtownych zderzeniach, podczas gdy inne są resztkami z wczesnego Układu Słonecznego, które nigdy nie urosły na tyle, by utworzyć spójne ciało.
Chociaż żadne skały nie zostały celowo zwrócone z Marsa, istnieją próbki w postaci meteorytów, które spadły na Ziemię dawno temu, umożliwiając naukowcom przybliżenie wieku skał na Czerwonej Planecie. Niektóre z tych próbek datowane są na 4,5 miliarda lat, co potwierdza inne obliczenia daty wczesnej formacji planetarnej.
Wiek ponad 70 meteorytów, które spadły na Ziemię, obliczono na podstawie dat radiometrycznych. Najstarsze z nich mają od 4,4 do 4,5 miliarda lat.
Pięćdziesiąt tysięcy lat temu kamień wystrzelił z kosmosu, tworząc Meteor Crater w Arizonie. Odłamki tej asteroidy zostały zebrane z krawędzi krateru i nazwane na cześć pobliskiego Kanionu Diablo. Meteoryt Canyon Diablo jest ważny, ponieważ reprezentuje klasę meteorytów ze składnikami, które pozwalają na bardziej precyzyjne datowanie.
W 1953 roku Clair Cameron Patterson, znany geochemik z California Institute of Technology, zmierzył proporcje izotopów ołowiu w próbkach meteorytu, które ściśle ograniczają wiek Ziemi. Próbki meteorytu wykazują rozpiętość z 4,53 miliarda do 4,58 miliarda lat. Naukowcy interpretują ten zakres jako czas potrzebny na ewolucję Układu Słonecznego, stopniowe wydarzenie, które miało miejsce w ciągu około 50 milionów lat.
Wykorzystując nie tylko skały na Ziemi, ale także informacje zebrane na temat otaczającego go systemu, naukowcy byli w stanie ustalić wiek Ziemi na około 4,54 miliarda lat. Dla porównania galaktyka Drogi Mlecznej zawierająca Układ Słoneczny ma około 13,2 miliarda lat, podczas gdy sam wszechświat datowany jest na 13,8 miliarda lat.
Dalsza lektura:
- Dowiedz się, gdzie znajdują się najstarsze skały w Stanach Zjednoczonych.
- Dowiedz się więcej o najstarszych skałach i minerałach na świecie z American Natural History Museum.
- Przeczytaj więcej na temat określania wieku Ziemi z US Geological Survey.
Ten artykuł został zaktualizowany 7 lutego 2019 r. Przez autorkę Space.com Elizabeth Howell.
