Ця стаття надходить з архіву «Космічного журналу», але оновлена цим пихатим відео.
Скільки років Землі? Вчені вважають, що Землі 4,54 мільярда років. Звичайно, це не випадковість; Сонце та планети утворилися разом із розсіяної хмари водню мільярди років тому.
У ранній Сонячній системі всі планети утворилися в сонячній туманності; залишки, що залишилися від утворення Сонця. Дрібні частинки пилу, зібрані разом у більші та більші предмети - галька, скелі, валуни тощо -, поки у Сонячній системі не було багато планетоїдів. Ці планетоїди зіткнулися разом і, врешті-решт, достатньо зібралися, щоб стати розмірами Землі.
У якийсь момент ранньої історії Землі планетоїд розміром Марса врізався в нашу планету. У результаті зіткнення відправилося сміття на орбіту, яке з часом стало Місяцем.
Як вчені знають, що Землі 4,54 мільярда років? Це насправді важко відрізнити з поверхні планети поодинці, оскільки тектоніка плит постійно перетворює її поверхню. Старі частини поверхні ковзають під нові пластини, щоб їх переробити в земне ядро. Найдавніші скелі, коли-небудь знайдені на Землі, становлять 4,0 - 4,2 мільярда років.
Вчені припускають, що весь матеріал у Сонячній системі формувався одночасно. Разом утворювались різні хімічні речовини, а саме радіоактивні ізотопи. Оскільки вони розпадаються з дуже відомою швидкістю, ці ізотопи можна виміряти, щоб визначити, як довго існували елементи. І вивчаючи різні метеорити з різних місць Сонячної системи, вчені знають, що різні планети утворюються одночасно.
Невдалі методи розрахунку віку Землі
Наш сучасний, точний метод вимірювання віку Землі приходить в кінці довгої серії оцінок, зроблених за всю історію. Розумні вчені виявили особливості Землі та Сонця, які змінюються з часом, а потім підрахували, скільки років від цього планети Земля. На жаль, всі вони були хибні з різних причин.
- Зниження рівня моря - Бенуа де Меллет, французький антрополог, який жив з 1656-1738 рр. І здогадувався (неправильно), що скам'янілість на високих висотах означала, що Земля колись була охоплена великим океаном. Цей океан взяв 2 мільярди років випаровуватися до сучасного рівня моря. Вчені відмовилися від цього, коли зрозуміли, що рівень моря природно зростає та падає.
- Охолодження Землі –
Вільям Томпсон, пізніше відомий як лорд Келвін, припускав, що Земля колись була розплавленою кулею скелі з однаковою температурою Сонця, а з того часу охолоджується. Виходячи з цих припущень, Томпсон підрахував, що Земля взяла десь між ними 20 і 400 мільйонів років охолонути до його поточної температури. Звичайно, Томпсон зробив кілька неточних припущень щодо температури Сонця (це дійсно 15 мільйонів градусів Кельвіна в його ядрі), температури Землі (з її розплавленим ядром) і того, як Сонце складається з водню і Землі зроблені з скелі та металу.
- Охолодження Сонця - У 1856 році німецький фізик Герман Людвіг Фердинанд фон Гельмгольц спробував обчислити вік Землі по охолодженню Сонця. Він підрахував, що Сонце взяло б 22 мільйони років конденсуватися до його поточного діаметра та температури із дифузної хмари газу та пилу. Хоча це було неточним, Гельмгольц правильно визначив, що джерело тепла Сонця рухається гравітаційним скороченням.
- Ерозія скелі - У своїй книзі «Походження видів засобами природного відбору» Чарльз Дарвін запропонував, щоб ерозія крейдяних родовищ могла дати можливість розрахувати мінімальний вік планети. Дарвін підрахував, що у регіоні Англії Уїлд, можливо, утворилася крейда 300 мільйонів років погодити до теперішньої форми.
- Орбіта Місяця - Джордж Дарвін, син Чарльза Дарвіна, здогадався, що Місяць, можливо, утворився із Землі, і відплив до свого поточного місця. Теорія поділу припускає, що швидке обертання Землі спричинило відхилення планети в космос. Дарвін підрахував, що Місяць узяв хоча б 56 мільйонів років щоб досягти своєї поточної відстані від Землі. Зараз ми знаємо, що Місяць, ймовірно, утворився, коли об’єкт розміром з Марсом потрапив на Землю мільярди років тому.
- Солоність океану - У 1715 році відомий астроном Едмунд Галлей запропонував, щоб солоність Світового океану могла бути використана для оцінки віку планети. Галлі зауважив, що океани та озера, що живляться потоками, постійно отримують більше солі, яка потім застрягла в міру випаровування води. З часом вода стане солонішою і солонішою, що дозволяє оцінити, як довго цей процес триває. Різні геологи використовували цей метод, щоб здогадатися, що Земля була між 80 і 150 мільйонів років. Цей метод був помилковим, оскільки вчені не усвідомлювали, що геологічні процеси також витягують сіль із води.
Радіометричне знайомство забезпечує точний метод пізнання віку Землі
У 1896 році французький хімік А. Анрі Беккерель виявив радіоактивність - процес, коли матеріали розпадаються на інші матеріали, вивільняючи енергію. Геологи зрозуміли, що у внутрішніх просторах Землі міститься велика кількість радіоактивного матеріалу, і це відкине їхні розрахунки для віку Землі. Хоча це відкриття виявило недоліки в попередніх методах обчислення віку Землі, воно створило новий метод: радіометричні знайомства.
Геологи виявили, що радіоактивні матеріали розпадаються на інші елементи з дуже передбачуваною швидкістю. Деякі матеріали швидко розпадаються, а інші можуть зайняти мільйони чи навіть мільярди років, щоб повністю розпатися. Ернест Резерфорд та Фредерік Содді, працюючи в університеті Макгілл, визначили, що половина будь-якого ізотопу радіоактивного елемента перепадає в інший ізотоп із заданою швидкістю. Наприклад, якщо у вас встановлена кількість торію-232, половина її занепаде протягом мільярда років, а потім половина цієї суми занепаде ще через мільярд років. Це джерело терміна "період напіввиведення".
Вимірюючи час напіввиведення радіоактивних ізотопів, геологи змогли побудувати вимірювальну драбину, яка дозволила б точно розрахувати вік геологічних утворень, у тому числі Землі. Вони використовували розпад урану на різні ізотопи свинцю. Виміряючи кількість трьох різних ізотопів свинцю (Pb-206, Pb-207 та Pb-208 або Pb-204), геологи можуть розрахувати, скільки спочатку урану було у зразку матеріалу.
Якщо Сонячна система утворена із загального пула речовини, з рівномірно розподіленими ізотопами Pb, то всі об'єкти з цього пула речовини повинні показувати аналогічні кількості ізотопів. Також з часом кількість Pb-206 та Pb-207 зміниться, оскільки ці ізотопи є кінцевими продуктами розпаду урану. Це призводить до зміни кількості свинцю та урану. Чим вище співвідношення урану до свинцю гірської породи, тим більше значення Pb-206 / Pb-204 та Pb-207 / Pb-204 з часом змінюватимуться. Тепер, якщо припустити, що джерело Сонячної системи також було рівномірно розподілено ізотопами урану, то можна намалювати лінію даних, що показує графік від свинцю до урану, і, зі схилу лінії, кількість часу, що минув з пул речовини став відокремлений на окремі об'єкти, можна обчислити.
Бертрам Болтвуд застосував цей метод датування 26 різних зразків гірських порід і виявив, що вони утворилися між ними 92 та 570 мільйонів років, і подальші вдосконалення техніки давали віки між 250 мільйонів до 1,3 мільярда років.
Геологи почали досліджувати Землю, шукаючи найдавніші скельні утворення на планеті. Найдавніша поверхнева скеля зустрічається в Канаді, Австралії та Африці, віком яких починається від 2,5 - 3,8 мільярда років. Найдавніша скеля була виявлена в Канаді в 1999 році, і, за оцінками, вона сягає трохи більше 4 мільярдів років.
Це встановило для Землі мінімальний вік, але завдяки таким геологічним процесам, як вивітрювання та тектоніка плит, воно все ж може бути старшим.
Метеорити як остаточна відповідь епохи Землі
Проблема вимірювання віку порід на Землі полягає в тому, що планета перебуває в постійних геологічних змінах. Тектоніка плит постійно переробляє ділянки Землі, змішуючи її і назавжди приховуючи найдавніші регіони планети. Але якщо припустити, що все в Сонячній системі утворюється одночасно, метеорити в космосі не впливають на вивітрювання та тектоніку плит тут, на Землі.
Геологи використовували ці незаймані об'єкти, такі як метеорит Каньйону Діабло (фрагменти астероїда, що вплинув на кратер Баррінгер) як спосіб дістатись до справжнього віку Сонячної системи, а отже і Землі. Використовуючи радіометричну систему датування на цих метеоритах, геологи змогли визначити, що Земля є 4,54 мільярда років в межах похибки близько 1%.
Джерела:
Розуміння науки - лорд Кельвін
USGS Вік Землі
Невдалий науковий годинник лорда Келвіна
Роль радіоактивного розпаду
Астрономічна ролях Епізод 51: Земля
Знайдено найдавніші скельні утворення
Podcast (аудіо): Завантажити (Тривалість: 2:49 - 2.6MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (відео): Завантажити (73,4MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
