'Sininen marmori' -kuva maapallosta, joka on otettu VIIRS-instrumentista NASAn maanpäällisessä satelliitissa - Suomen ydinvoimalassa - 4. tammikuuta 2012.
(Kuva: © NASA / NOAA / GSFC / Suomen ydinvoimala / VIIRS / Norman Kuring)
Maaplaneetalla ei ole syntymätodistusta sen muodostumisen kirjaamiseksi, mikä tarkoittaa, että tutkijat viettivät satoja vuosia pyrkiessään määrittelemään planeetan ikä. Joten kuinka vanha on Maa?
Tutkimalla maapallon jatkuvasti muuttuvan kuoren kiviä sekä maan naapureiden, kuten kuun, kiviä ja vierailemalla meteoriiteilla, tutkijat ovat laskeneet, että Maa on 4,54 miljardia vuotta vanha ja virhealue 50 miljoonaa vuotta.
Kuinka vanha ovat kivisi?
Tutkijat ovat yrittäneet useita kertoja planeetasta viimeisen 400 vuoden aikana. He ovat yrittäneet ennustaa ikää perustuen muuttuvaan merenpintaan, aikaan, joka kului maan tai auringon jäähtymiseen nykyisiin lämpötiloihin, ja valtameren suolapitoisuuteen. Treffiteknologian kehittyessä nämä menetelmät osoittautuivat epäluotettaviksi; esimerkiksi valtameren nousun ja laskun osoitettiin olevan jatkuvasti muuttuva prosessi eikä vähitellen lasku.
Ja toisessa pyrkimyksessä laskea planeetan ikä tutkijat kääntyivät kallioihin, jotka peittävät sen pinnan. Koska levytektoniikka kuitenkin muuttuu jatkuvasti ja uudistaa kuorea, ensimmäiset kivet on jo kauan sitten kierrätetty, sulanut ja uudistettu uusiksi paloiksi.
Tutkijoiden on myös taisteltava nimeltä Suuri epäjohdonmukaisuus, josta sedimenttikivikerrokset näyttävät puuttuvan (esimerkiksi Grand Canyonissa on 1,2 miljardia vuotta kallioperää, jota ei löydy). Tälle epäjohdonmukaisuudelle on olemassa useita selityksiä; alkuvuodesta 2019 yksi tutkimus ehdotti, että maailmanlaajuinen jääkausi aiheutti jäätiköiden jauhaavan kallioon ja aiheuttaen sen hajoamisen. Levytektoniikka heitti sitten murskatun kiven takaisin maan sisäpuolelle poistamalla vanhan todisteen ja muuttamalla sen uudeksi kallioksi.
1900-luvun alussa tutkijat tarkensivat radiometrisen datan prosessia. Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että joidenkin radioaktiivisten elementtien isotoopit hajoavat muiksi alkuaineiksi ennustettavalla nopeudella. Tutkimalla olemassa olevia elementtejä, tutkijat voivat laskea radioaktiivisen alkuaineen alkuperäisen määrän ja siten kuinka kauan elementtien rapistuminen kesti, jotta he pystyivät määrittämään kallion iän.
Maan vanhimmat tähän päivään mennessä löydetyt kivet ovat Acasta Gneiss Kanadan luoteisosassa Suuren orjajärven lähellä, jotka ovat 4,03 miljardia vuotta vanha. Mutta yli 3,5 miljardin vuoden ikäisiä kiviä löytyy kaikilta mantereilta. Grönlannissa on ylivoimaisia Isua-kiviä (3,7–3,8 miljardia vuotta vanhoja), kun taas Swazimaan kiviä on 3,4–3,5 miljardia vuotta. Länsi-Australian näytteet ovat 3,4 - 3,6 miljardia vuotta vanhoja.
Australialaiset tutkimusryhmät löysivät maan vanhimmat mineraalijyvät. Näiden pienten zirkoniumsilikaattikiteiden ikä on 4,3 miljardia vuotta, joten niistä on toistaiseksi vanhin maapallosta löytynyt materiaali. Heidän lähdekiviä ei ole vielä löydetty.
Kivet ja zirkonit asettavat alarajan Maan ikälle 4,3 miljardia vuotta, koska planeetan itsensä on oltava vanhempi kuin kaikki sen pinnalla oleva.
Elämän syntymisen jälkeen keskustellaan edelleen, etenkin koska jotkut varhaiset fossiilit voivat esiintyä luonnollisina kivimuodoina. Jotkut varhaisimmista elämänmuodoista on löydetty Länsi-Australiasta, kuten ilmoitettiin vuoden 2018 tutkimuksessa; tutkijat löysivät 3,4 miljardin vuoden ikäisistä kivistä pieniä filamentteja, jotka voivat olla fossiileja. Muut tutkimukset viittaavat siihen, että elämä sai alkunsa jo aiemmin. Quebecin vulkaanisen kivin hematiittiputket olisivat voineet sisältää mikrobia 3,77–4,29 miljardia vuotta sitten. Grönlannin lounaisosassa olevia kiviä tutkineet tutkijat näkivät myös kartiomaisia rakenteita, jotka olisivat voineet ympärittää mikrobikoloksia noin 3,7 miljardia vuotta sitten.
Tapaa naapurit
Yrittäessään tarkentaa edelleen Maan ikää, tutkijat alkoivat katsoa ulospäin. Materiaali, joka muodosti aurinkokunnan, oli pöly- ja kaasupilvi, joka ympäröi nuorta aurinkoa. Painovoimavuorovaikutukset yhdistivät tämän materiaalin planeetoihin ja kuihin suunnilleen samaan aikaan. Tutkimalla aurinkokunnan muita elimiä, tutkijat voivat saada lisätietoja planeetan varhaisesta historiasta.
Maata lähinnä oleva ruumis, kuu, ei koe pinnoitusprosesseja, joita tapahtuu maan maisemassa. Sinänsä varhaisesta kuunhistoriasta peräisin olevat kivet istuvat edelleen kuun pinnalla. Apollon ja Lunan operaatioista palautuneet näytteet paljastivat 4,4 miljardin ja 4,5 miljardin vuoden ikäisiä, mikä auttoi rajoittamaan maan ikää. Kuun muodostuminen on kiistanalainen asia; kun taas hallitseva teoria ehdottaa, että Marsin kokoinen esine kaatui maan päälle ja fragmentit lopulta yhdistyivät kuuhun, muut teoriat viittaavat siihen, että kuu muodostui ennen maata. [Liittyy: Kuinka maa muodostettiin?]
Aurinkokunnan suurten kappaleiden lisäksi tutkijat ovat tutkineet pienempiä kalliovieraita, jotka ovat pudonneet maan päälle. Meteoriitit lähtevät monista lähteistä. Jotkut heitetään pois muilta planeetoilta väkivaltaisten törmäysten jälkeen, kun taas toiset ovat varhaisesta aurinkojärjestelmästä jääneitä paloja, jotka eivät koskaan kasvaneet riittävän suuriksi muodostamaan yhtenäisen ruumiin.
Vaikka mitään kivejä ei ole tahallisesti palautettu Marsista, näytteitä on meteoriittien muodossa, jotka putosivat maapallolle kauan sitten, jolloin tutkijat voivat tehdä arviot kivien ikästä Punaisella planeetalla. Jotkut näistä näytteistä ovat päivätty 4.5 miljardia vuotta vanhoja, mikä tukee muita laskelmia varhaisen planeetan muodostumisen päivämäärästä.
Yli 70 maan päälle pudonneen meteoriitin ikä on laskettu radiometrisen datan avulla. Näistä vanhin on 4,4 miljardia - 4,5 miljardia vuotta vanha.
Viisikymmentätuhatta vuotta sitten, kallio heili avaruudesta muodostaen Meteor-kraatterin Arizonassa. Tuon asteroidin hajat on kerätty kraatterin reunasta ja nimetty läheiselle Canyon Diablo-nimelle. Canyon Diablo -meteoriitti on tärkeä, koska se edustaa meteoriittien luokkaa komponenteilla, jotka mahdollistavat tarkemman datan.
Vuonna 1953 Clair Cameron Patterson, kuuluisa geokemialainen Kalifornian teknologiainstituutissa, mittasi lyijy-isotooppien suhteita meteoriitin näytteissä, jotka asettivat tiukat rajoitukset maan ikälle. Meteoriittinäytteet leviävät 4,53 miljardista 4,58 miljardiin vuoteen. Tutkijat tulkitsevat tätä aluetta ajanjaksona, joka kului aurinkokunnan kehittymiseen, asteittaiseksi tapahtumaksi, joka tapahtui noin 50 miljoonan vuoden aikana.
Käyttämällä paitsi maan päällä olevia kiviä, myös tietoja, jotka on kerätty sitä ympäröivästä järjestelmästä, tutkijat ovat kyenneet sijoittamaan maan ikään noin 4,54 miljardia vuotta. Vertailun vuoksi, Aurinkojärjestelmää sisältävä Linnunradan galaksi on noin 13,2 miljardia vuotta vanha, kun taas maailmankaikkeuden päivämäärä on 13,8 miljardia vuotta.
Lisätietoja:
- Ota selvää missä Yhdysvaltojen vanhimmat kivet sijaitsevat.
- Opi lisää maailman vanhimmista kivistä ja mineraaleista American Natural History Museum -sivustolta.
- Lue lisää maapallon iän määrittämisestä Yhdysvaltain geologisesta tutkimuksesta.
Space.com-julkaisija Elizabeth Howell päivitti tämän artikkelin 7. helmikuuta 2019.
