Тази статия идва от архива на Space Magazine, но беше актуализирана с това пикантно видео.
На колко години е Земята? Учените смятат, че Земята е на 4,54 милиарда години, Разбира се, това не е случайност; Слънцето и планетите се образуват заедно от дифузен облак от водород преди милиарди години.
В ранната Слънчева система всички планети, образувани в слънчевата мъглявина; остатъците, останали от образуването на Слънцето. Малки частици прах, събрани заедно в по-големи и по-големи предмети - камъчета, скали, камъни и др., - докато в Слънчевата система няма много планетоиди. Тези планетоиди се сблъскаха заедно и в крайна сметка достатъчно се събраха, за да станат с размер на Земята.
В някакъв момент от ранната история на Земята, планетоид с размерите на Марс се блъсна в нашата планета. Полученият сблъсък изпрати отломки в орбита, които в крайна сметка се превърнаха в Луната.
Как учените знаят, че Земята е на 4,54 милиарда години? Всъщност е трудно да се разбере само от повърхността на планетата, тъй като тектониката на плочите непрекъснато прекроява повърхността ѝ. По-старите части на повърхността се плъзгат под по-нови плочи, за да бъдат рециклирани в земното ядро. Най-старите скали, откривани някога на Земята, са на възраст 4,0 - 4,2 милиарда години.
Учените приемат, че целият материал в Слънчевата система се е образувал едновременно. Различни химикали и по-специално радиоактивни изотопи се образуват заедно. Тъй като те разлагат с много известна скорост, тези изотопи могат да бъдат измерени, за да се определи колко дълго са съществували елементите. И изучавайки различни метеорити от различни места в Слънчевата система, учените знаят, че различните планети са се образували едновременно.
Неуспешни методи за изчисляване на възрастта на Земята
Нашият настоящ и точен метод за измерване на възрастта на Земята идва в края на дълга поредица от оценки, направени през историята. Умни учени откриха особености за Земята и Слънцето, които се променят с течение на времето и след това изчислиха на колко години е планетата Земя от това. За съжаление всички бяха недостатъчни по различни причини.
- Намаляване на морските нива - Беноа дьо Мейлет, френски антрополог, живял от 1656-1738 г. и предполагаше (неправилно), че вкаменелостите на големи възвишения означават, че Земята някога е била покрита от голям океан. Този океан беше взел 2 милиарда години да се изпари до настоящите морски нива. Учените се отказаха от това, когато разбраха, че морското равнище естествено се повишава и пада.
- Охлаждане на Земята –
Уилям Томпсън, по-късно известен като лорд Келвин, предположи, че някога Земята е била разтопена скала със същата температура на Слънцето и оттогава се охлажда. Въз основа на тези предположения Томпсън изчислява, че Земята е взела някъде между тях 20 и 400 милиона години да се охлади до сегашната му температура. Разбира се, Томпсън направи няколко неточни предположения относно температурата на Слънцето (в сърцевината му наистина е 15 милиона градуса Келвин), температурата на Земята (с разтопеното ядро) и как Слънцето е направено от водород и Земята е изработени от скала и метал.
- Охлаждане на Слънцето - През 1856 г. немският физик Херман Лудвиг Фердинанд фон Хелмхолц се опита да изчисли възрастта на Земята чрез охлаждане на Слънцето. Той изчисли, че Слънцето щеше да вземе 22 милиона години да се кондензира до сегашния си диаметър и температура от дифузен облак газ и прах. Въпреки че това е неточно, Хелмхолц правилно идентифицира, че източникът на слънчевата топлина се управлява от гравитационно свиване.
- Скална ерозия - В книгата си „Произходът на видовете чрез средства за естествена селекция“ Чарлз Дарвин предложи, че ерозията на креда отлагания може да позволи изчисляване на минималната възраст на планетата. Дарвин прецени, че в района на Англия Уилд може да е взета креда 300 милиона години да издържи времето до сегашната си форма.
- Орбита на Луната - Джордж Дарвин, синът на Чарлз Дарвин, предположи, че Луната може да се е образувала извън Земята, и да е излязъл на сегашното си местоположение. Теорията на деленето предполага, че бързото въртене на Земята е довело до откъсване на космоса от планетата. Дарвин изчисли, че поне Луната е отнела 56 милиона години за да достигне текущото си разстояние от Земята. Вече знаем, че Луната вероятно се е образувала, когато обект с размер на Марс е разбит на Земята преди милиарди години.
- Солеността на океана - През 1715 г. известният астроном Едмунд Халей предлага солеността на океаните да може да се използва за оценка на възрастта на планетата. Хали забеляза, че океаните и езерата, захранвани от потоци, постоянно получават повече сол, която след това се залепва, докато водата се изпарява. С течение на времето водата ще стане по-солена и по-солена, което позволява приблизителна оценка колко време продължава този процес. Различни геолози използвали този метод, за да предположат, че Земята е между 80 и 150 милиона години, Този метод беше погрешен, тъй като учените не осъзнаха, че геоложките процеси извличат сол и от водата.
Радиометричните запознанства осигуряват точен метод за познаване на епохата на Земята
През 1896 г. френският химик А. Анри Бекерел открива радиоактивност - процесът, при който материалите се разпадат в други материали, освобождавайки енергия. Геолозите разбраха, че вътрешността на Земята съдържа голямо количество радиоактивен материал и това ще изхвърли изчисленията им за възрастта на Земята. Въпреки че това откритие разкри недостатъци в предишните методи за изчисляване на възрастта на Земята, тя предостави нов метод: радиометрични запознанства.
Геолозите откриха, че радиоактивните материали се разпадат в други елементи с много предсказуема скорост. Някои материали се разпадат бързо, докато други могат да отнемат милиони или дори милиарди години, за да се разпадат напълно. Ърнест Ръдърфорд и Фредерик Соди, работещи в университета Макгил, определят, че половината от всеки изотоп на радиоактивен елемент се разпада в друг изотоп със зададена скорост. Например, ако имате определено количество торий-232, половината от него ще се разпадне за милиард години, а след това половината от тази сума ще се разпадне за още милиард години. Това е източникът на термина „полуживот“.
Чрез измерване на полуживота на радиоактивни изотопи геолозите успяха да построят измервателна стълба, която им позволява да изчислят точно възрастта на геоложки образувания, включително Земята. Те използвали разпадането на уран в различни изотопи на олово. Чрез измерване на количеството на три различни изотопа на олово (Pb-206, Pb-207 и Pb-208 или Pb-204) геолозите могат да изчислят колко първоначално е бил уран в проба от материал.
Ако Слънчевата система се формира от общ пул от материя, с равномерно разпределени Pb изотопи, тогава всички обекти от този пул от материя трябва да показват сходно количество изотопи. Също така с течение на времето количествата на Pb-206 и Pb-207 ще се променят, тъй като тези изотопи са крайни продукти на разпада на уран. Това прави количеството олово и уран да се променят. Колкото по-високо е съотношението уран-олово на скала, толкова повече стойностите Pb-206 / Pb-204 и Pb-207 / Pb-204 ще се променят с времето. Сега, ако предположим, че източникът на Слънчевата система също е бил равномерно разпределен с изотопи на уран, тогава можете да нарисувате линия от данни, показваща графика от оран до уран и от наклона на линията - времето, което е минало от пулът от материята се отдели на отделни обекти, може да се изчисли.
Бертрам Болтвуд приложи този метод за датиране на 26 различни проби скали и откри, че те са се образували между тях 92 и 570 милиона годинии по-нататъшните усъвършенствания на техниката дават възрасти между 250 милиона до 1,3 милиарда години.
Геолозите започват да изследват Земята, търсейки най-старите скални образувания на планетата. Най-старата повърхностна скала е открита в Канада, Австралия и Африка, като възрастите варират от 2,5 до 3,8 милиарда години, Най-старата скала е открита в Канада през 1999 г. и се изчислява на малко над 4 милиарда години.
Това постави минимална възраст за Земята, но благодарение на геоложки процеси като изветряне и тектоника на плочите, тя все още може да бъде по-стара.
Метеорити като окончателен отговор на епохата на Земята
Проблемът с измерването на възрастта на скалите на Земята е, че планетата е под постоянна геоложка промяна. Тектониката на плочите постоянно рециклира части от Земята, смесвайки я и завинаги крие най-старите райони на планетата. Но ако приемем, че всичко в Слънчевата система се формира едновременно, метеоритите в Космоса не са повлияни от атмосферните влияния и тектониката на плочите тук, на Земята.
Геолозите са използвали тези девствени обекти като метеорита на Каньон Диабло (фрагментите от астероида, които са повлияли на Кратер Барингер) като начин да стигнат до истинската възраст на Слънчевата система и следователно на Земята. Използвайки радиометричната система за датиране на тези метеорити, геолозите успяха да установят, че е Земята 4,54 милиарда години в граница на грешка от около 1%.
Източници:
Разбиране на науката - лорд Келвин
USGS Възраст на Земята
Неуспешният научен часовник на лорд Келвин
Ролята на радиоактивния разпад
Астрономия в ролите Епизод 51: Земя
Намерени най-стари скални образувания
Podcast (аудио): Изтегляне (Продължителност: 2:49 - 2.6MB)
Абонирайте се: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (видео): Изтегляне (73.4MB)
Абонирайте се: Apple Podcasts | Android | RSS
