HUR GAMMAL äR JORDEN?

Send

Den här artikeln kommer från Space Magazine-arkivet, men uppdaterades med denna spiffy video.

Hur gammal är jorden? Forskare tror att Jorden är 4,54 miljarder år gammal. Naturligtvis är det inte en slump; solen och planeterna bildade alla tillsammans från ett diffust moln av väte för miljarder år sedan.

I det tidiga solsystemet bildades alla planeter i solnebulan; resterna kvar från bildandet av solen. Små partiklar av damm samlade i större och större föremål - stenar, stenar, stenblock osv - tills det fanns många planetoider i solsystemet. Dessa planetoider kolliderade tillsammans och så småningom samlades tillräckligt för att bli jordstorlek.

Vid någon tidpunkt i jordens tidiga historia kraschade en planetoid av storleken på Mars på vår planet. Den resulterande kollisionen skickade skräp till bana som så småningom blev månen.

Hur vet forskare att jorden är 4,54 miljarder år gammal? Det är faktiskt svårt att berätta från planeten bara, eftersom plattaktonik hela tiden omformar sin yta. Äldre delar av ytan glider under nyare plattor som ska återvinnas i jordens kärna. De äldsta stenarna som någonsin hittats på jorden är 4,0 - 4,2 miljarder år gamla.

Forskare antar att allt material i solsystemet bildas samtidigt. Olika kemikalier, och särskilt radioaktiva isotoper, bildades tillsammans. Eftersom de sönderfaller i en mycket känd hastighet kan dessa isotoper mätas för att bestämma hur länge elementen har funnits. Och genom att studera olika meteoriter från olika platser i solsystemet vet forskare att de olika planeterna alla bildades samtidigt.

Misslyckade metoder för att beräkna jordens ålder
Vår nuvarande, exakta metod för att mäta jordens ålder kommer i slutet av en lång serie uppskattningar gjorda genom historien. Smarta forskare upptäckte funktioner om jorden och solen som förändras över tid och beräknade sedan hur gammal planeten jorden är från den. Tyvärr var de alla brister av olika skäl.

Minskande havsnivåer - Benoit de Maillet, en fransk antropolog som levde 1656-1738 och gissade (felaktigt) att fossil vid höga höjder innebar att jorden en gång var täckt av ett stort hav. Detta hav hade tagit 2 miljarder år förångas till nuvarande havsnivå. Forskare övergav detta när de insåg att havsnivån naturligt stiger och faller.
Kylning av jorden – William Thompson, senare känd som Lord Kelvin, antog att jorden en gång var en smält stenboll med samma temperatur som solen och sedan har kylts sedan dess. Baserat på dessa antaganden beräknade Thompson att jorden tog någonstans mellan 20 och 400 miljoner år att svalna till dess aktuella temperatur. Naturligtvis gjorde Thompson flera felaktiga antaganden, om solens temperatur (det är verkligen 15 miljoner grader Kelvin i dess kärna), jordens temperatur (med sin smälta kärna) och hur solen är gjord av väte och jorden är tillverkad av rock och metall.
Kylning av solen - 1856 försökte den tyska fysikern Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz att beräkna jordens ålder genom solens nedkylning. Han beräknade att solen skulle ha tagit 22 miljoner år att kondensera ner till sin nuvarande diameter och temperatur från ett diffust moln av gas och damm. Även om detta var felaktigt, identifierade Helmholtz korrekt att källan till solens värme drevs av gravitationskontraktion.
Rock Erosion - I sin bok, The Origin of Species by Means of Natural Selection, föreslog Charles Darwin att erosionen av kritavlagringar kan möjliggöra en beräkning av planetens minimiålder. Darwin uppskattade att en kritformation i Weald-regionen i England kan ha tagit 300 miljoner år att vädret till sin nuvarande form.

Månens omloppsbana - George Darwin, sonen till Charles Darwin, gissade att månen kanske hade bildats ur jorden och drev ut till sin nuvarande plats. Klyvningsteorin föreslog att jordens snabba rotation fick en bit av planeten att snurra ut i rymden. Darwin beräknade att det hade tagit månen åtminstone 56 miljoner år för att nå sitt nuvarande avstånd från jorden. Vi vet nu att månen förmodligen bildades när ett objekt i Mars-storlek krossade i jorden för miljarder år sedan.
Havets salthalt 1715 föreslog den berömda astronomen Edmund Halley att havets salthalt skulle kunna användas för att uppskatta planetens ålder. Halley observerade att hav och sjöar som matades av bäckar ständigt fick mer salt, som sedan fastnade när vattnet avdunstade. Med tiden skulle vattnet komma saltare och saltare, vilket möjliggör en uppskattning av hur länge denna process har pågått. Olika geologer använde denna metod för att gissa att jorden var mellan 80 och 150 miljoner år gamla. Denna metod var bristfällig eftersom forskare inte insåg att geologiska processer extraherar salt också ur vattnet.

Radiometrisk datering ger en noggrann metod för att känna jordens ålder
År 1896 upptäckte den franska kemisten A. Henri Becquerel radioaktivitet, processen där material förfaller till andra material och släpper energi. Geologer insåg att jordens inre innehöll en stor mängd radioaktivt material, och detta skulle kasta bort deras beräkningar för jordens ålder. Även om denna upptäckt avslöjade brister i de tidigare metoderna för att beräkna jordens ålder gav den en ny metod: radiometrisk datering.

Geologer upptäckte att radioaktiva material förfaller till andra element med en mycket förutsägbar hastighet. Vissa material förfaller snabbt, medan andra kan ta miljoner eller till och med miljarder år att helt förfalla. Ernest Rutherford och Frederick Soddy, som arbetade vid McGill University, bestämde att hälften av någon isotop av ett radioaktivt element sönderfaller till en annan isotop med en fast hastighet. Om du till exempel har ett fast belopp av Thorium-232 kommer hälften av det att ruttna under en miljard år, och sedan kommer hälften av det beloppet att ruttna om ytterligare en miljard år. Detta är källan till termen "halveringstid".

Genom att mäta halveringstiderna för radioaktiva isotoper kunde geologer bygga en mätstege som låter dem exakt beräkna åldern för geologiska formationer, inklusive jorden. De använde uranförfallet till olika isotoper av bly. Genom att mäta mängden av tre olika isotoper av bly (Pb-206, Pb-207 och Pb-208 eller Pb-204) kan geologer beräkna hur mycket uran som ursprungligen var i ett materialprov.

Om solsystemet bildas av en gemensam pool av materia, med jämnt fördelade Pb-isotoper, bör alla objekt från den poolen av materia visa liknande mängder av isotoperna. Med tiden kommer mängderna Pb-206 och Pb-207 att förändras eftersom dessa isotoper är slutprodukter av uranförfall. Detta gör att mängden bly och uran förändras. Ju högre uran-till-bly-förhållandet för ett berg, desto mer kommer värdena Pb-206 / Pb-204 och Pb-207 / Pb-204 att förändras med tiden. Nu, antagande att solsystemets källa också var jämnt fördelad med uranisotoper, kan du rita en datalinje som visar en ledning till uranplott och, från linjens sluttning, hur lång tid som gått sedan materialpoolen separerades i enskilda objekt kan beräknas.

Bertram Boltwood använde denna metod för datering till 26 olika stenprov och upptäckte att de hade bildats mellan 92 och 570 miljoner år gamlaoch ytterligare förfiningar av tekniken gav åldrar mellan 250 miljoner till 1,3 miljarder år.

Geologer började utforska jorden och sökte de äldsta klippformationerna på planeten. Det äldsta ytberget finns i Kanada, Australien och Afrika, med åldrar som sträcker sig från 2,5 till 3,8 miljarder år. Den allra äldsta berget upptäcktes i Kanada 1999 och uppskattades vara drygt 4 miljarder år gammal.

Detta fastställde en minsta ålder för jorden, men tack vare geologiska processer som väderbildning och plattaktonik kan det fortfarande vara äldre.

Meteoriter som det sista svaret på jordens ålder
Problemet med att mäta åldern på klipporna på jorden är att planeten är under ständig geologisk förändring. Plattaktonik återanvänder ständigt delar av jorden, blandar den och döljer för alltid de äldsta områdena på planeten. Men förutsatt att allt i solsystemet bildades på samma gång, har meteoriter i rymden inte påverkats av väderbitande och plattaktonik här på jorden.

Geologer använde dessa orörda föremål, som Canyon Diablo-meteoriten (fragmenten av asteroiden som påverkade vid Barringer krater) som ett sätt att komma till solsystemets sanna ålder, och därför jorden. Genom att använda det radiometriska dateringssystemet på dessa meteoriter har geologer kunnat fastställa att jorden är det 4,54 miljarder år gammal inom en felmarginal på cirka 1%.

källor:
Förstå vetenskap - Lord Kelvin
USGS Jordens ålder
Lord Kelvin's Failed Scientific Clock
Rollen för radioaktivt förfall
Astronomy Cast avsnitt 51: Earth
Äldsta bergformationer hittades