KAKO STARA JE ZEMLJA?

Send

Ta članek izvira iz arhiva vesoljskega časopisa, vendar je bil posodobljen s tem pikantnim videoposnetkom.

Koliko je stara zemlja? Znanstveniki menijo, da Zemlja je stara 4,54 milijarde let. Seveda to ni naključje; Sonce in planeti so nastali skupaj iz difuznega oblaka vodika pred milijardami let.

V zgodnjem Osončju so vsi planeti nastali v sončni meglici; ostanki, ki so ostali od nastanka Sonca. Majhni delci prahu, zbrani v večje in večje predmete - kamenčki, skale, balvani itd. -, dokler v Osončju ni bilo veliko planetoidov. Ti planetoidi so trčili skupaj in na koncu se je dovolj zbralo, da so postali velikost Zemlje.

V nekem trenutku zgodnje Zemlje se je planetoid velikosti Marsa zaletel na naš planet. Posledica tega trka je poslala naplavine v orbito, ki je sčasoma postala Luna.

Kako znanstveniki vedo, da je Zemlja stara 4,54 milijarde let? Težko je samo s površine planeta težko razbrati, saj tektonika plošč stalno spreminja njeno površino. Starejši deli površine drsijo pod novejše plošče, ki jih je treba reciklirati v Zemljinem jedru. Najstarejše kamnine, ki so jih kdaj našli na Zemlji, so stare 4,0 - 4,2 milijarde let.

Znanstveniki domnevajo, da se je ves material v Osončju oblikoval hkrati. Skupaj so nastale različne kemikalije in posebej radioaktivni izotopi. Ker razpadejo z zelo znano hitrostjo, je mogoče te izotope izmeriti, da ugotovijo, kako dolgo elementi obstajajo. Znanstveniki ob preučevanju različnih meteoritov z različnih lokacij Osončja vedo, da so se različni planeti oblikovali hkrati.

Neuspele metode za izračun starosti Zemlje
Naša trenutna, natančna metoda merjenja starosti Zemlje je na koncu dolge vrste ocen, ki so bile narejene skozi zgodovino. Pametni znanstveniki so odkrili značilnosti Zemlje in Sonca, ki se sčasoma spreminjajo, nato pa izračunali, koliko je star planet Zemlja od tega. Na žalost so bili vsi iz različnih razlogov pomanjkljivi.

Zmanjševanje morske gladine - Benoit de Maillet, francoski antropolog, ki je živel od 1656-1738 in je (napačno) ugibal, da fosili na visoki višini pomenijo, da je Zemljo nekoč pokrival velik ocean. Ta ocean je vzel 2 milijardi let izhlapevati do trenutne morske gladine. Znanstveniki so to opustili, ko so ugotovili, da se gladina morja naravno dviga in pade.
Hlajenje Zemlje – William Thompson, pozneje znan kot Lord Kelvin, je domneval, da je bila Zemlja nekoč staljena skala kroglice z enako temperaturo Sonca, nato pa se odtlej hladi. Na podlagi teh predpostavk je Thompson izračunal, da se je Zemlja ujela nekje med 20 in 400 milijonov let da se ohladi do trenutne temperature. Seveda je Thompson dal nekaj netočnih predpostavk, o temperaturi Sonca (v njenem jedru je res 15 milijonov stopinj Kelvina), temperaturi Zemlje (s staljenim jedrom) in o tem, kako je Sonce sestavljeno iz vodika in Zemlje iz kamna in kovine.
Hlajenje Sonca - Leta 1856 je nemški fizik Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz poskušal izračunati starost Zemlje s hlajenjem Sonca. Izračunal je, da bi sonce zajelo 22 milijonov let kondenzirati do trenutnega premera in temperature iz difuznega oblaka plina in prahu. Čeprav je bilo to netočno, je Helmholtz pravilno ugotovil, da je vir sončeve toplote gnal gravitacijsko krčenje.
Rock Erozija - Charles Darwin je v svoji knjigi "Izvor vrst z naravnimi selekcijami" predlagal, da bi z erozije nanosi krede omogočili izračun minimalne starosti planeta. Darwin je ocenil, da bi v regiji Weald v Angliji morda nastala kreda 300 milijonov let da vreme v sedanjo obliko.

Orbita Lune - George Darwin, sin Charlesa Darwina, je ugibal, da bi Luna morda nastala iz Zemlje, in se oddaljil na svojo trenutno lokacijo. Teorija cepitve je predlagala, da je hitro vrtenje Zemlje povzročilo, da se je košček planeta odvrgel v vesolje. Darwin je izračunal, da je vsaj Luno vzel 56 milijonov let da doseže svojo trenutno razdaljo od Zemlje. Zdaj vemo, da je Luna verjetno nastala, ko je pred milijardami let na Zemljo razbil objekt velikosti Marsa.
Slanost oceana - Leta 1715 je slavni astronom Edmund Halley predlagal, da bi slanost oceanov lahko uporabili za oceno starosti planeta. Halley je opazil, da oceani in jezera, ki jih hranijo potoki, nenehno prejemajo več soli, ki se je nato zataknila, ko je voda izhlapela. Sčasoma bi voda postala bolj slana in slana, kar bo omogočilo oceno, kako dolgo ta proces traja. Različni geologi so uporabili to metodo, da bi ugibali, da je Zemlja med Starih 80 in 150 milijonov let. Ta metoda je bila napačna, ker znanstveniki niso zavedali, da geološki procesi tudi iz vode pridobivajo sol.

Radiometrični zmenki zagotavljajo natančno metodo za poznavanje starosti Zemlje
Leta 1896 je francoski kemik A. Henri Becquerel odkril radioaktivnost, postopek, v katerem materiali razpadajo na druge materiale in sproščajo energijo. Geologi so spoznali, da notranjost Zemlje vsebuje veliko radioaktivnih snovi in to bo zavrglo njihove izračune za starost Zemlje. Čeprav je to odkritje odkrilo pomanjkljivosti prejšnjih metod izračuna starosti Zemlje, je ponudilo novo metodo: radiometrični zmenki.

Geologi so odkrili, da radioaktivni materiali razpadajo v druge elemente z zelo predvidljivo hitrostjo. Nekateri materiali hitro razpadejo, drugi pa lahko trajajo milijone ali celo milijarde let, da se popolnoma razpadejo. Ernest Rutherford in Frederick Soddy, ki delujeta na univerzi McGill, sta ugotovila, da polovica katerega koli izotopa radioaktivnega elementa razpade v drug izotop z nastavljeno hitrostjo. Če imate na primer določeno količino Thorium-232, se bo polovica razpadla v obdobju milijarde let, nato pa bo polovica tega zneska razpadla v nadaljnji milijardi let. To je izvor izraza "razpolovna doba".

Z merjenjem razpolovne dobe radioaktivnih izotopov so geologi lahko zgradili merilno lestev, ki jim je omogočila natančno izračunavanje starosti geoloških formacij, vključno z Zemljo. Uporabljali so razpadanje urana v različne izotope svinca. Z merjenjem količine treh različnih izotopov svinca (Pb-206, Pb-207 in Pb-208 ali Pb-204) lahko geologi izračunajo, koliko urana je bilo prvotno v vzorcu materiala.

Če Osončje tvori iz skupnega bazena snovi z enakomerno porazdeljenimi izotopi Pb, bi morali vsi predmeti iz tega baze snovi pokazati podobne količine izotopov. Tudi sčasoma se bodo količine Pb-206 in Pb-207 spremenile, ker so ti izotopi končni produkti razpada urana. Zaradi tega se količina svinca in urana spremeni. Čim večje je razmerje med uranom in svincem kamnine, tem bolj se bosta časi Pb-206 / Pb-204 in Pb-207 / Pb-204 spreminjali. Zdaj, če predpostavimo, da je bil vir osončja enakomerno porazdeljen z izotopi urana, potem lahko narišete podatkovno vrstico, ki prikazuje ploskev vodenja do urana in s pobočja črte čas, ki je minil od bazen snovi se je ločil na posamezne predmete.

Bertram Boltwood je uporabil to metodo datiranja na 26 različnih vzorcih kamnin in odkril, da so nastali med njimi 92 in 570 milijonov let, nadaljnje izpopolnjevanje tehnike pa je dobilo obdobja med 250 milijonov do 1,3 milijarde let.

Geologi so se lotili raziskovanja Zemlje in iskali najstarejše kamnite formacije na planetu. Najstarejšo površinsko kamnino najdemo v Kanadi, Avstraliji in Afriki, stare pa so od 2,5 do 3,8 milijarde let. Najstarejša skala je bila odkrita v Kanadi leta 1999 in je bila ocenjena na nekaj več kot 4 milijarde let.

To je postavilo najnižjo starost Zemlje, toda po zaslugi geoloških procesov, kot so vremenske vplive in tektonika plošč, bi bila lahko še starejša.

Meteoriti kot končni odgovor na starost Zemlje
Težava pri merjenju starosti kamnin na Zemlji je, da je planet pod nenehnimi geološkimi spremembami. Tektonika plošč neprestano reciklira dele Zemlje, jih meša in za vedno skriva najstarejša območja planeta. Toda ob predpostavki, da se je vse v Osončju oblikovalo hkrati, meteoriti v vesolju niso vplivali na vreme in tektoniko plošč na Zemlji.

Geologi so te neokrnjene predmete, kot je meteorit iz kanjona Diablo (fragmenti asteroida, ki so vplivali na krater Barringer), uporabili kot način za dosego prave starosti Osončja in s tem Zemlje. Z uporabo radiometričnega sistema datiranja na teh meteoritih so geologi lahko ugotovili, da je Zemlja 4,54 milijarde let v mejah napake približno 1%.

Viri:
Razumevanje znanosti - Lord Kelvin
USGS Doba Zemlje
Neuspešna znanstvena ura lorda Kelvina
Vloga radioaktivnega razpada
Epizoda 51 astronomije: Zemlja
Najdene najstarejše kamnine