HVOR GAMMEL ER JORDEN?

Send

Denne artikkelen kommer fra Space Magazine-arkivet, men ble oppdatert med denne spiffy videoen.

Hvor gammel er jorden? Forskere tror at Jorden er 4,54 milliarder år gammel. Det er selvfølgelig ikke tilfeldig; solen og planetene alle dannet sammen fra en diffus sky av hydrogen for milliarder av år siden.

I det tidlige solsystemet dannet alle planetene i solnebulaen; restene som var igjen fra dannelsen av solen. Små støvpartikler samlet inn i større og større gjenstander - småstein, steiner, steinblokker osv. - til det var mange planetoider i solsystemet. Disse planetoidene kolliderte sammen og til slutt kom nok til å bli jordstore.

På et tidspunkt i jordens tidlige historie krasjet en planetoid på størrelse med Mars inn i planeten vår. Den resulterende kollisjonen sendte rusk i bane som til slutt ble månen.

Hvordan vet forskere at Jorden er 4,54 milliarder år gammel? Det er faktisk vanskelig å si fra overflaten av planeten alene, siden platetektonikk stadig omformer overflaten. Eldre deler av overflaten glir under nyere plater som skal gjenvinnes i jordens kjerne. De eldste bergartene som noen gang er funnet på jorden er 4,0 - 4,2 milliarder år gamle.

Forskere antar at alt materialet i solsystemet ble dannet samtidig. Ulike kjemikalier, og spesielt radioaktive isotoper ble dannet sammen. Siden de forfaller i en veldig kjent hastighet, kan disse isotoper måles for å bestemme hvor lenge elementene har eksistert. Og ved å studere forskjellige meteoritter fra forskjellige steder i solsystemet, vet forskere at de forskjellige planetene alle dannet på samme tid.

Mislykkede metoder for beregning av jordens alder
Vår nåværende, nøyaktige metode for å måle jordas alder kommer på slutten av en lang rekke estimater gjort gjennom historien. Smarte forskere oppdaget funksjoner om jorden og sola som endrer seg over tid, og beregnet deretter hvor gammel planeten jorden er fra den. Dessverre var de alle feil av forskjellige grunner.

Synkende havnivåer - Benoit de Maillet, en fransk antropolog som levde fra 1656-1738 og gjettet (feil) at fossiler i store høyder betydde at Jorden en gang var dekket av et stort hav. Dette havet hadde tatt 2 milliarder år å fordampe til dagens havnivå. Forskere forlot dette da de innså at havnivået naturlig stiger og faller.
Avkjøling av jorden – William Thompson, senere kjent som Lord Kelvin, antok at jorden en gang var en smeltet kule med stein med samme temperatur som sola, og at den siden har avkjølt seg. Basert på disse antagelsene, beregnet Thompson at jorden tok et sted mellom 20 og 400 millioner år å avkjøles til sin nåværende temperatur. Selvfølgelig gjorde Thompson flere unøyaktige antagelser, om temperaturen i sola (det er egentlig 15 millioner grader Kelvin ved kjernen), temperaturen på jorden (med dens smeltede kjerne) og hvordan solen er laget av hydrogen og jorden er laget av rock og metall.
Kjøling av sola - I 1856 forsøkte den tyske fysikeren Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz å beregne jordens alder ved avkjøling av sola. Han beregnet at Solen ville ha tatt 22 millioner år å kondensere ned til sin nåværende diameter og temperatur fra en diffus sky av gass og støv. Selv om dette var unøyaktig, identifiserte Helmholtz riktig at kilden til solens varme var drevet av gravitasjonskontraksjon.
Rock Erosion - I sin bok, The Origin of Species by Means of Natural Selection, foreslo Charles Darwin at erosjonen av krittforekomster kan gi rom for en beregning av planetens minste alder. Darwin anslått at en krittformasjon i Weald-regionen i England kan ha tatt 300 millioner år å forvitre til sin nåværende form.

Månens bane - George Darwin, sønn av Charles Darwin, gjettet at månen kan ha blitt dannet ut av jorden, og drevet ut til sin nåværende beliggenhet. Fisjonsteorien foreslo at jordas raske rotasjon fikk en bit av planeten til å spinne ut i verdensrommet. Darwin beregnet at den i det minste hadde tatt månen 56 millioner år for å nå sin nåværende avstand fra Jorden. Vi vet nå at månen sannsynligvis ble dannet da en gjenstand i Mars-størrelse raste ned i jorden for milliarder av år siden.
Havets saltholdighet - I 1715 foreslo den berømte astronomen Edmund Halley at saltholdigheten i havene kunne brukes til å estimere planetens alder. Halley observerte at hav og innsjøer matet av bekker stadig mottok mer salt, som deretter stakk rundt når vannet fordampet. Over tid vil vannet komme saltigere og saltere, noe som gir anslag på hvor lenge denne prosessen har pågått. Ulike geologer brukte denne metoden for å gjette at jorden var mellom 80 og 150 millioner år gammel. Denne metoden var feil fordi forskere ikke var klar over at geologiske prosesser også utvinner salt ut av vannet.

Radiometrisk datering gir en nøyaktig metode for å kjenne jordens alder
I 1896 oppdaget den franske kjemikeren A. Henri Becquerel radioaktivitet, prosessen der materialer forfaller til andre materialer og frigjorde energi. Geologer innså at det indre av jorden inneholdt en stor mengde radioaktivt materiale, og dette ville kaste bort beregningene for jordens alder. Selv om denne oppdagelsen avdekket feil i de tidligere metodene for å beregne jordens alder, ga den en ny metode: radiometrisk datering.

Geologer oppdaget at radioaktive materialer forfaller til andre elementer med en veldig forutsigbar hastighet. Noen materialer forfaller raskt, mens andre kan ta millioner eller til og med milliarder av år å fullstendig forfalle. Ernest Rutherford og Frederick Soddy, som jobbet ved McGill University, bestemte at halvparten av en hvilken som helst isotop av et radioaktivt element forfaller til en annen isotop med en bestemt hastighet. For eksempel, hvis du har et fast beløp på Thorium-232, vil halvparten av det forfalle over en milliard år, og deretter vil halvparten av det beløpet forfalle på en milliard år. Dette er kilden til begrepet "halveringstid".

Ved å måle halveringstiden til radioaktive isotoper, var geologer i stand til å bygge en målestige som lot dem nøyaktig beregne alderen til geologiske formasjoner, inkludert jorden. De brukte forfallet av uran til forskjellige isotoper av bly. Ved å måle mengden av tre forskjellige isotoper av bly (Pb-206, Pb-207 og Pb-208 eller Pb-204), kan geologer beregne hvor mye uran opprinnelig var i en prøve av materiale.

Hvis solsystemet dannet fra et felles basseng med materie, med jevn fordelt Pb-isotoper, bør alle gjenstander fra den materiepoolen vise lignende mengder isotoper. Over tid vil også mengdene Pb-206 og Pb-207 endres fordi disse isotoper er sluttprodukter av uranforfall. Dette gjør at mengden bly og uran endres. Jo høyere uran-til-blyforhold for en bergart, desto mer vil Pb-206 / Pb-204 og Pb-207 / Pb-204 verdiene endres med tiden. Når du antar at kilden til solsystemet også var jevnt fordelt med uranisotoper, kan du tegne en datalinje som viser en ledning til uranplott og fra linjens helling hvor lang tid det har gått siden materiepoolen ble separert i individuelle objekter kan beregnes.

Bertram Boltwood anvendte denne metoden for datering til 26 forskjellige prøver av bergarter, og oppdaget at de hadde blitt dannet mellom 92 og 570 millioner år gammel, og ytterligere forbedringer av teknikken ga aldre mellom 250 millioner til 1,3 milliarder år.

Geologer begynte å utforske jorden og søkte de eldste fjellformasjonene på planeten. Den eldste overflatefjellet finnes i Canada, Australia og Afrika, med aldre fra 2,5 til 3,8 milliarder år. Den aller eldste bergarten ble oppdaget i Canada i 1999, og anslått å være drøyt 4 milliarder år gammel.

Dette satte en minimumsalder for jorden, men takket være geologiske prosesser som forvitring og platetektonikk, kan den fortsatt være eldre.

Meteoritter som det endelige svaret til jordens alder
Problemet med å måle alderen på bergarter på jorden er at planeten er under konstant geologisk endring. Platetektonikk resirkulerer stadig deler av jorden, blander den opp og skjuler for alltid de eldste områdene på planeten. Men forutsatt at alt i solsystemet dannet seg samtidig, har meteoritter i verdensrommet ikke blitt påvirket av forvitring og platetektonikk her på jorden.

Geologer brukte disse uberørte objektene, for eksempel Canyon Diablo-meteoritten (fragmentene av asteroiden som påvirket ved Barringer Crater) som en måte å komme seg til solsystemets sanne alder, og derfor Jorden. Ved å bruke det radiometriske dateringssystemet på disse meteorittene, har geologer klart å bestemme at jorden er det 4,54 milliarder år gammel innen en feilmargin på omtrent 1%.

kilder:
Forstå vitenskap - Lord Kelvin
USGS Age of the Earth
Lord Kelvin's Failed Scientific Clock
Rollen til radioaktivt forfall
Astronomy Cast Episode 51: Earth
Eldste fjellformasjoner funnet