KUINKA VANHA ON MAA?

Send

Tämä artikkeli on tulossa Space Magazine -arkistosta, mutta sitä päivitettiin tällä spiffy-videolla.

Kuinka vanha on Maa? Tutkijoiden mielestä Maa on 4,54 miljardia vuotta vanha. Se ei tietenkään ole sattumaa; kaikki aurinko ja planeetat muodostuivat yhdessä hajanaisesta vetypilvestä miljardeja vuosia sitten.

Varhaisessa aurinkokunnassa kaikki planeetat muodostuivat aurinko-sumussa; auringon muodostumisesta jäljelle jääneet jäännökset. Pieniä pölyhiukkasia kerättiin yhdessä suurempiin ja suurempiin esineisiin - kiviin, kiviin, lohkareihin jne. - kunnes aurinkojärjestelmässä oli monia planetoideja. Nämä planetoidit törmäsivät toisiinsa ja lopulta tulivat tarpeeksi yhteen tullakseen maan kokoiseksi.

Maan varhaisessa historiassa jossain vaiheessa planeettamme kaatui Marsin kokoinen planetoidi. Syntynyt törmäys lähetti roskat kiertoradalle, josta lopulta tuli Kuu.

Kuinka tutkijat tietävät, että Maa on 4,54 miljardia vuotta vanha? On todella vaikeaa kertoa pelkästään planeetan pinnasta, koska levytektoniikka muuttaa jatkuvasti sen pintaa. Pinnan vanhemmat osat liukuvat uudempien levyjen alle ja kierrätetään maan ytimessä. Maan kaikkien aikojen vanhimmat kivet ovat 4,0 - 4,2 miljardia vuotta vanhoja.

Tutkijat olettavat, että kaikki aurinkokunnan materiaalit muodostuivat samanaikaisesti. Erilaisia kemikaaleja ja erityisesti radioaktiivisia isotooppeja muodostettiin yhdessä. Koska ne hajoavat hyvin tunnetulla nopeudella, nämä isotoopit voidaan mitata sen määrittämiseksi, kuinka kauan elementit ovat olleet olemassa. Ja tutkimalla erilaisia meteoriitteja aurinkokunnan eri puolista, tiedemiehet tietävät, että kaikki planeetat muodostuivat samaan aikaan.

Epäonnistuneet menetelmät maan iän laskemiseksi
Nykyinen, tarkka menetelmämme maapallon iän mittaamiseksi tulee historian läpi tehdyn pitkän arviointisarjan loppuun. Taitavat tutkijat löysivät maapallosta ja auringosta piirteitä, jotka muuttuvat ajan myötä, ja laskivat sitten kuinka vanha planeetta Maa on siitä. Valitettavasti he kaikki olivat puutteellisia eri syistä.

Laskeva merenpinta - Benoit de Maillet, ranskalainen antropologi, joka asui vuosina 1656-1738 ja arvasi (väärin), että korkeissa korkeuksissa olevat fossiilit tarkoittivat, että Maan peitti kerran suuri valtameri. Tämä valtameri oli ottanut 2 miljardia vuotta haihtua nykyiselle merenpinnalle. Tutkijat hylkäsivät tämän, kun he huomasivat merenpinnan nousevan ja laskevan luonnollisesti.
Maan jäähdytys – William Thompson, myöhemmin nimeltään lordi Kelvin, oletti, että maapallo oli kerran sulan kallion pallo samalla auringon lämpötilalla, ja sitten se on jäähtynyt siitä lähtien. Näiden oletusten perusteella Thompson laski, että Maa kulki jonnekin välillä 20 ja 400 miljoonaa vuotta jäähtyä nykyiseen lämpötilaansa. Tietenkin, Thompson teki useita epätarkkoja oletuksia, jotka koskevat Auringon lämpötilaa (sen ytimessä on todella 15 miljoonaa Kelvin-astetta), Maan lämpötilaa (sulan ytimen kanssa) ja sitä, kuinka Auringon on tehty vedystä ja Maa on valmistettu kivistä ja metallista.
Auringon jäähdytys - Vuonna 1856 saksalainen fyysikko Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz yritti laskea maapallon ikäjäähdyttämällä aurinkoa. Hän laski, että aurinko olisi ottanut 22 miljoonaa vuotta kondensoitumaan hajonneen kaasu- ja pölypilven kautta sen nykyiseen halkaisijaan ja lämpötilaan. Vaikka tämä oli epätarkka, Helmholtz tunnisti oikein, että Auringon lämmön lähde johtui gravitaation supistumisesta.
Kallio-eroosio - Charles Darwin ehdotti kirjassaan "Lajien alkuperä luonnollisen valinnan keinoin", että liitulaskujen eroosio voisi mahdollistaa planeetan alaikärajan laskemisen. Darwin arvioi, että liitujen muodostuminen Englannin Wealdin alueella saattoi kestää 300 miljoonaa vuotta sää nykyiseen muotoonsa.

Kuun kiertorata - George Darwin, Charles Darwinin poika, arvasi, että Kuu olisi voinut muodostua maasta ja ajautui nykyiseen sijaintiinsa. Fissio-teoria ehdotti, että maapallon nopea pyöriminen aiheutti planeetan palasen spinuksen avaruuteen. Darwin laski, että se oli ottanut ainakin Kuun 56 miljoonaa vuotta saavuttaa nykyinen etäisyys maasta. Nyt tiedämme, että Kuu muodostui todennäköisesti, kun Marsin kokoinen esine iski maahan miljardeja vuosia sitten.
Meren suolapitoisuus - Vuonna 1715 kuuluisa tähtitieteilijä Edmund Halley ehdotti, että valtamerten suolapitoisuutta voitaisiin käyttää arvioimaan planeetan ikää. Halley havaitsi, että purojen syömät valtameret ja järvet saivat jatkuvasti enemmän suolaa, joka sitten tarttui ympärilleen veden haihtuessa. Ajan myötä vesi olisi tullut suolaisempaa ja suolaisempaa, mikä antaa mahdollisuuden arvioida kuinka kauan tämä prosessi on jatkunut. Useat geologit käyttivät tätä menetelmää arvatakseen, että maa oli välillä 80 ja 150 miljoonaa vuotta vanha. Tämä menetelmä oli puutteellinen, koska tutkijat eivät ymmärtäneet, että geologiset prosessit myös uuttavat suolaa vedestä.

Radiometrinen treffit tarjoaa tarkan tavan tietää maan ikä
Vuonna 1896 ranskalainen kemisti A. Henri Becquerel löysi radioaktiivisuuden, prosessin, jossa materiaalit hajoavat muiksi materiaaleiksi vapauttaen energiaa. Geologit tajusivat, että maapallon sisustus sisälsi suuren määrän radioaktiivista ainetta, ja tämä heikentäisi heidän laskentaansa maan iän suhteen. Vaikka tämä löytö paljasti puutteita aiemmissa maapallon ikälaskentamenetelmissä, se tarjosi uuden menetelmän: radiometrinen treffit.

Geologit havaitsivat, että radioaktiiviset materiaalit hajoavat muiksi alkuaineiksi erittäin ennustettavalla nopeudella. Jotkut materiaalit rappeutuvat nopeasti, kun taas toisilla voi kulua miljoonia tai jopa miljardeja vuosia täydelliseen rappeutumiseen. McGillin yliopistossa työskentelevät Ernest Rutherford ja Frederick Soddy totesivat, että puolet radioaktiivisen elementin kaikista isotoopeista hajoaa toiseksi isotoopiksi asetetulla nopeudella. Esimerkiksi, jos sinulla on määritetty määrä torium-232: ta, puolet siitä hajoaa miljardin vuoden aikana, ja sitten puolet tästä määrästä rappeutuu vielä miljardin vuoden aikana. Tämä on termin "puoliintumisaika" lähde.

Mittaamalla radioaktiivisten isotooppien puoliintumisaikaa geologit pystyivät rakentamaan mittausportaat, joiden avulla he pystyivät laskemaan tarkasti geologisten muodostumien, mukaan lukien Maa, ikän. He käyttivät uraanin hajoamista erilaisiksi lyijyn isotoopeiksi. Mittaamalla kolmen erilaisen lyijyn isotoopin (Pb-206, Pb-207 ja Pb-208 tai Pb-204) määrä, geologit voivat laskea, kuinka paljon uraania oli alun perin materiaalinäytteessä.

Jos aurinkokunta muodostuu yhdestä ainepokerista, jossa on tasaisesti jakautuneet Pb-isotoopit, niin kaikkien kyseisen ainepolarin esineiden tulisi näyttää samanlaiset määrät isotooppeja. Myös ajan myötä Pb-206: n ja Pb-207: n määrät muuttuvat, koska nämä isotoopit ovat uraanin hajoamisen lopputuotteita. Tämä muuttaa lyijyn ja uraanin määrää. Mitä korkeampi kiviaineksen uraanin ja lyijyn suhde, sitä enemmän Pb-206 / Pb-204 ja Pb-207 / Pb-204 arvot muuttuvat ajan myötä. Jos nyt oletetaan, että aurinkokunnan lähde oli jakautunut tasaisesti myös uraani-isotoopeilla, voit piirtää tietorivin, joka näyttää lyijy-uraani-plotin ja viivan kaltevuudelta kuluneen ajan aineen ryhmä jaettiin erillisiksi objekteiksi, voidaan laskea.

Bertram Boltwood sovelsi tätä tapausprosessin tapaa 26 erilaisessa kivinäytteessä ja huomasi, että ne oli muodostettu niiden väliin 92 ja 570 miljoonaa vuotta vanhoja, ja tekniikan edelleen hienosäätöt antoivat ikäryhmiä välillä 250 miljoonasta 1,3 miljardiin vuoteen.

Geologit ryhtyivät tutkimaan maata etsimään planeetan vanhimpia kivimuodostelmia. Vanhin pintakive on Kanadassa, Australiassa ja Afrikassa, ikä vaihtelee 2,5-3,8 miljardia vuotta. Vanhin kallio löydettiin Kanadasta vuonna 1999, ja sen arvioitiin olevan hieman yli 4 miljardia vuotta vanha.

Tämä asetti maapallolle alaikärajan, mutta geologisten prosessien, kuten säänkestävyyden ja levytektonian, ansiosta se voisi silti olla vanhempi.

Meteoriitit lopullinen vastaus maapallon ikään
Kivien iän mittaamisen ongelma maapallolla on, että planeetta on jatkuvassa geologisessa muutoksessa. Levytektoniikka kierrättää jatkuvasti maapallon osia sekoittaen sen ja piilottaen ikuisesti planeetan vanhimmat alueet. Mutta olettaen, että aurinkokunnan kaikki muodostuivat samanaikaisesti, auringon meteoriteihin ei ole vaikuttanut säänkestävyys ja levytektoniikka täällä maan päällä.

Geologit käyttivät näitä koskemattomia esineitä, kuten Canyon Diablo-meteoriittia (asteroidin fragmentit, jotka vaikuttivat Barringer-kraatteriin) keinona päästä aurinkokunnan ja siten maan todelliseen ikään. Käyttämällä radiometristä seurantajärjestelmää näissä meteoriiteissa geologit ovat kyenneet selvittämään, että maa on 4,54 miljardia vuotta vanha noin 1%: n virhemarginaalin sisällä.

Lähteet:
Tieteen ymmärtäminen - lordi Kelvin
Maan USGS-ikä
Lord Kelvinin epäonnistunut tieteellinen kello
Radioaktiivisen hajoamisen rooli
Astronomy Cast Episode 51: Earth
Löytyi vanhin rockmuodostelma