HVOR GAMMEL ER JORDEN?

Send

Denne artikel kommer fra Space Magazine-arkivet, men blev opdateret med denne spiffy video.

Hvor gammel er jorden? Forskere mener, at Jorden er 4,54 milliarder år gammel. Naturligvis er det ikke en tilfældighed; Solen og planeterne blev alle dannet sammen fra en diffus sky af brint for milliarder af år siden.

I det tidlige solsystem var alle planeterne dannet i solnebulaen; resterne tilbage fra dannelsen af Solen. Små partikler af støv opsamlet til større og større genstande - småsten, klipper, stenblokke osv. - indtil der var mange planetoider i solsystemet. Disse planetoider kolliderede sammen og til sidst mødtes nok til at blive jordstørrelse.

På et tidspunkt i Jordens tidlige historie styrtede en planetoid på størrelse med Mars ind på vores planet. Den resulterende kollision sendte rester i bane, der til sidst blev Månen.

Hvordan ved videnskabsmænd, at Jorden er 4,54 milliarder år gammel? Det er faktisk vanskeligt at fortælle fra overfladen af planeten alene, da platetektonik konstant omformer sin overflade. Ældre dele af overfladen glider under nyere plader, der skal genanvendes i jordens kerne. De ældste klipper nogensinde fundet på Jorden er 4,0 - 4,2 milliarder år gamle.

Forskere antager, at alt materialet i solsystemet er dannet på samme tid. Forskellige kemikalier og specifikt radioaktive isotoper blev dannet sammen. Da de forfalder i en meget kendt hastighed, kan disse isotoper måles for at bestemme, hvor længe elementerne har eksisteret. Og ved at studere forskellige meteoritter fra forskellige placeringer i solsystemet ved videnskabsmænd, at de forskellige planeter alle dannede på samme tid.

Mislykkede metoder til beregning af jordens alder
Vores nuværende, nøjagtige metode til måling af jordens alder kommer i slutningen af en lang række skøn foretaget gennem historien. Kloge videnskabsmænd opdagede træk om Jorden og Solen, der ændrer sig over tid og beregnet derefter, hvor gammel planeten Jorden er fra den. Desværre var de alle mangelfulde af forskellige grunde.

Faldende havniveauer - Benoit de Maillet, en fransk antropolog, der levede fra 1656-1738 og gætte (forkert), at fossiler i store højder betød, at Jorden engang var dækket af et stort hav. Dette hav havde taget 2 milliarder år at fordampe til den nuværende havstand. Forskere opgav dette, da de indså, at havets niveauer naturligt stiger og falder.
Afkøling af jorden – William Thompson, senere kendt som Lord Kelvin, antog, at Jorden en gang var en smeltet kugle af sten med den samme temperatur som Solen, og at den siden har kølet ned. Baseret på disse antagelser beregnet Thompson, at Jorden tog et sted imellem 20 og 400 millioner år afkøles til dens aktuelle temperatur. Selvfølgelig tog Thompson adskillige unøjagtige antagelser, om solens temperatur (det er virkelig 15 millioner grader Kelvin ved dens kerne), jordens temperatur (med dens smeltede kerne) og hvordan solen er lavet af brint og jorden er lavet af rock og metal.
Køling af solen - I 1856 forsøgte den tyske fysiker Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz at beregne jordens alder ved afkøling af solen. Han beregnet, at Solen ville have taget 22 millioner år at kondensere ned til dens aktuelle diameter og temperatur fra en diffus sky af gas og støv. Selvom dette var unøjagtigt, identificerede Helmholtz korrekt, at kilden til solens varme var drevet af gravitationssammentrækning.
Rock Erosion - I sin bog, The Origin of Species by Means of Natural Selection, foreslog Charles Darwin, at erosionen af kridaflejringer muligvis ville muliggøre en beregning af planetens mindstealder. Darwin vurderede, at en kridtdannelse i Weald-regionen i England kunne have taget 300 millioner år at vejr til sin nuværende form.

Månens bane - George Darwin, søn af Charles Darwin, gættede, at månen måske var dannet ud af Jorden og drev ud til sin nuværende placering. Fissionsteorien foreslog, at Jordens hurtige rotation fik en klods til at snuble ud i rummet. Darwin beregnet, at den mindst havde taget månen 56 millioner år for at nå sin nuværende afstand fra Jorden. Vi ved nu, at månen sandsynligvis blev dannet, da en Mars-størrelse genstande smadrede ind i Jorden for milliarder af år siden.
Havets saltholdighed - I 1715 foreslog den berømte astronom Edmund Halley, at havets saltindhold kunne bruges til at estimere planetenes alder. Halley observerede, at oceaner og søer, der blev fodret med vandløb, konstant modtog mere salt, som derefter gik fast, mens vandet fordampede. Over tid ville vandet komme saltere og saltere, hvilket tillader et skøn over, hvor længe denne proces har været. Forskellige geologer brugte denne metode til at gætte, at Jorden var mellem 80 og 150 millioner år gamle. Denne metode var fejlbehæftet, fordi videnskabsmænd ikke var klar over, at geologiske processer også udvinder salt ud af vandet.

Radiometrisk datering giver en nøjagtig metode til at kende jordens alder
I 1896 opdagede den franske kemiker A. Henri Becquerel radioaktivitet, processen hvor materialer nedbrydes til andre materialer og frigiver energi. Geologer indså, at det indre af Jorden indeholdt en stor mængde radioaktivt materiale, og dette ville kaste deres beregninger for jordens alder. Selvom denne opdagelse afslørede mangler ved de tidligere metoder til beregning af jordens alder, leverede den en ny metode: radiometrisk datering.

Geologer opdagede, at radioaktive materialer forfalder til andre elementer i en meget forudsigelig hastighed. Nogle materialer forfalder hurtigt, mens andre kan tage millioner eller endda milliarder af år til fuldt forfald. Ernest Rutherford og Frederick Soddy, der arbejdede ved McGill University, bestemte, at halvdelen af enhver isotop af et radioaktivt element henfalder til en anden isotop med en fast sats. For eksempel, hvis du har et fast beløb på Thorium-232, vil halvdelen af det forfalde over en milliard år, og derefter vil halvdelen af det beløb forfaldne i en anden milliard år. Dette er kilden til udtrykket "halveringstid".

Ved at måle halveringstiden for radioaktive isotoper var geologer i stand til at opbygge en målestige, der lade dem nøjagtigt beregne alderen for geologiske formationer, inklusive Jorden. De brugte forfald af uran i forskellige isotoper af bly. Ved at måle mængden af tre forskellige isotoper af bly (Pb-206, Pb-207 og Pb-208 eller Pb-204) kan geologer beregne, hvor meget Uran, der oprindeligt var i en prøve af materiale.

Hvis solsystemet dannet fra en fælles pool af stof, med ensartede fordelte Pb-isotoper, skal alle genstande fra denne pool af stof vise lignende mængder af isotoper. Over tid vil mængderne af Pb-206 og Pb-207 også ændre sig, fordi da disse isotoper er slutprodukter af uranforfald. Dette ændrer mængden af bly og uran. Jo højere uran-til-bly-forhold af en klippe er, jo mere ændres værdierne Pb-206 / Pb-204 og Pb-207 / Pb-204 med tiden. Forudsat at kilden til solsystemet også var ensartet fordelt med uranisotoper, så kan du tegne en datalinie, der viser et bly-til-uran-plot og fra linjens hældning, hvor lang tid der er gået siden stoffets pool blev adskilt i individuelle objekter kan beregnes.

Bertram Boltwood anvendte denne metode til datering til 26 forskellige prøver af klipper og opdagede, at de var dannet imellem 92 og 570 millioner år gamleog yderligere forbedringer af teknikken gav aldre mellem 250 millioner til 1,3 milliarder år.

Geologer begyndte at udforske Jorden og søgte de ældste klippeformationer på planeten. Den ældste overfladeberg findes i Canada, Australien og Afrika, med aldre fra 2,5 til 3,8 milliarder år. Den meget ældste klippe blev opdaget i Canada i 1999 og skønnes at være lidt over 4 milliarder år gammel.

Dette satte en minimumsalder for Jorden, men takket være geologiske processer som forvitring og pladetektonik kunne den stadig være ældre.

Meteoritter som det endelige svar på jordens alder
Problemet med måling af klippernes alder på Jorden er, at planeten er under konstant geologisk forandring. Pladetektonik genbruger konstant dele af Jorden, blander den op og skjuler for altid de ældste regioner på planeten. Men hvis man antager, at alt i solsystemet dannet på samme tid, er meteoritter i rummet ikke blevet påvirket af forvitring og pladetektonik her på Jorden.

Geologer brugte disse uberørte objekter, såsom Canyon Diablo-meteorit (fragmenterne af asteroiden, der påvirkede ved Barringer-krateret) som en måde at komme i solsystemets ægte alder, og derfor Jorden. Ved at bruge det radiometriske dateringssystem på disse meteoritter har geologer været i stand til at bestemme, at Jorden er det 4,54 milliarder år gammel inden for en fejlmargin på ca. 1%.

Kilder:
Forståelse af videnskab - Lord Kelvin
USGS Jordens alder
Lord Kelvins mislykkede videnskabelige ur
Rollen ved radioaktivt forfald
Astronomisk rollebesætning Afsnit 51: Jorden
Ældste klippeformationer fundet