Planeta Ziemia nie ma aktu urodzenia, który odnotowałby jej powstanie, co oznacza, że naukowcy spędzili setki lat walcząc o określenie wieku planety. Jak stara jest Ziemia?
Datując skały w ciągle zmieniającej się skorupie ziemskiej, jak również skały w sąsiednich planetach, takich jak Księżyc i odwiedzające meteoryty, naukowcy obliczyli, że Ziemia ma 4,54 miliarda lat, z zakresem błędu wynoszącym 50 milionów lat.
Powiązane: Jak duża jest Ziemia?
Powiązane: What’s the Speed of Earth Around the Sun?
Jak stare są twoje skały?
Naukowcy podjęli kilka prób datowania naszej planety w ciągu ostatnich 400 lat. Próbowali przewidzieć wiek na podstawie zmieniających się poziomów mórz, czasu potrzebnego Ziemi lub Słońcu na ochłodzenie się do obecnych temperatur oraz zasolenia oceanów. Wraz z postępem technologii datowania metody te okazały się zawodne, na przykład wzrost i spadek poziomu oceanu okazał się procesem ciągle zmieniającym się, a nie stopniowo malejącym.
W kolejnym wysiłku, by obliczyć wiek planety, naukowcy zwrócili się do skał pokrywających jej powierzchnię. Jednak ponieważ tektonika płyt nieustannie zmienia i przekształca skorupę ziemską, pierwsze skały już dawno zostały poddane recyklingowi, stopione i przekształcone w nowe wychodnie.
Naukowcy muszą również walczyć z problemem zwanym Wielką Niekonformacją, czyli sytuacją, w której osadowe warstwy skalne wydają się nie istnieć (w Wielkim Kanionie, na przykład, jest 1,2 miliarda lat skały, której nie można znaleźć). Istnieje wiele wyjaśnień dla tej niezgodności; na początku 2019 roku jedno z badań sugerowało, że globalna epoka lodowcowa spowodowała, że lodowce szlifowały w skale, powodując jej rozpad. Tektonika płyt następnie wyrzuciła zmiażdżoną skałę z powrotem do wnętrza Ziemi, usuwając stare dowody i przekształcając je w nową skałę.
Na początku XX wieku naukowcy udoskonalili proces datowania radiometrycznego. Wcześniejsze badania wykazały, że izotopy niektórych pierwiastków promieniotwórczych rozpadają się na inne pierwiastki w przewidywalnym tempie. Badając istniejące pierwiastki, naukowcy mogą obliczyć początkową ilość pierwiastka radioaktywnego, a co za tym idzie, jak długo trwał jego rozpad, co pozwala im określić wiek skały.
Najstarsze skały na Ziemi to Acasta Gneiss w północno-zachodniej Kanadzie w pobliżu Wielkiego Jeziora Niewolniczego, które mają 4,03 miliarda lat. Ale skały starsze niż 3,5 miliarda lat można znaleźć na wszystkich kontynentach. Grenlandia może pochwalić się skałami suprakrystalicznymi Isua (3,7 do 3,8 miliarda lat), podczas gdy skały w Suazi mają 3,4 do 3,5 miliarda lat. Próbki w Australii Zachodniej mają od 3,4 mld do 3,6 mld lat.
Grupy badawcze w Australii znalazły najstarsze ziarna mineralne na Ziemi. Te maleńkie kryształy krzemianu cyrkonu mają wiek, który sięga 4,3 miliarda lat, co czyni je najstarszymi materiałami znalezionymi na Ziemi do tej pory. Ich skały źródłowe nie zostały jeszcze odnalezione.
Skały i cyrkony wyznaczają dolną granicę wieku Ziemi wynoszącą 4,3 miliarda lat, ponieważ sama planeta musi być starsza niż wszystko, co znajduje się na jej powierzchni.
Kiedy powstało życie jest wciąż przedmiotem debaty, szczególnie dlatego, że niektóre wczesne skamieniałości mogą pojawiać się jako naturalne formy skalne. Niektóre z najwcześniejszych form życia zostały znalezione w Australii Zachodniej, jak ogłoszono w badaniu z 2018 roku; naukowcy znaleźli maleńkie włókna w skałach sprzed 3,4 miliarda lat, które mogą być skamieniałościami. Inne badania sugerują, że życie powstało jeszcze wcześniej. Rurki hematytowe w skałach wulkanicznych w Quebecu mogły zawierać mikroby między 3,77 a 4,29 miliarda lat temu. Naukowcy przyglądający się skałom w południowo-zachodniej Grenlandii również zauważyli struktury podobne do stożków, które mogły otaczać kolonie mikrobów około 3,7 miliarda lat temu.
Poznaj sąsiadów
W dążeniu do dalszego doprecyzowania wieku Ziemi, naukowcy zaczęli spoglądać na zewnątrz. Materiał, który uformował Układ Słoneczny był chmurą pyłu i gazu, która otaczała młode Słońce. Oddziaływania grawitacyjne przekształciły ten materiał w planety i księżyce mniej więcej w tym samym czasie. Badając inne ciała w Układzie Słonecznym, naukowcy są w stanie dowiedzieć się więcej o wczesnej historii naszej planety.
Ciało najbliższe Ziemi, Księżyc, nie doświadcza procesów resurfacingu, które zachodzą w ziemskim krajobrazie. W związku z tym, skały z wczesnej historii Księżyca nadal znajdują się na jego powierzchni. Próbki zwrócone z misji Apollo i Luna wykazały wiek pomiędzy 4,4 a 4,5 miliarda lat, pomagając w określeniu wieku Ziemi. Jak uformował się Księżyc jest kwestią dyskusyjną; podczas gdy dominująca teoria sugeruje, że obiekt wielkości Marsa zderzył się z Ziemią, a fragmenty ostatecznie połączyły się w Księżyc, inne teorie sugerują, że Księżyc uformował się przed Ziemią.
Oprócz dużych ciał Układu Słonecznego, naukowcy badali mniejsze skaliste przybysze, które spadły na Ziemię. Meteoryty pochodzą z różnych źródeł. Niektóre z nich zostały wyrzucone z innych planet po gwałtownych kolizjach, podczas gdy inne są pozostałościami z wczesnego Układu Słonecznego, które nigdy nie urosły na tyle, by utworzyć spójne ciało.
Ale żadne skały nie zostały celowo zwrócone z Marsa, istnieją próbki w postaci meteorytów, które spadły na Ziemię dawno temu, pozwalając naukowcom na przybliżone określenie wieku skał na Czerwonej Planecie. Niektóre z tych próbek zostały datowane na 4,5 miliarda lat, wspierając inne obliczenia daty wczesnego formowania się planety.
Ponad 70 meteorytów, które spadły na Ziemię, miało obliczony wiek metodą datowania radiometrycznego. Najstarsze z nich mają od 4,4 mld do 4,5 mld lat.
Pięćdziesiąt tysięcy lat temu z kosmosu spadła skała, która utworzyła krater Meteor w Arizonie. Odłamki tej asteroidy zostały zebrane z krawędzi krateru i nazwane na cześć pobliskiego Canyon Diablo. Meteoryt Canyon Diablo jest ważny, ponieważ reprezentuje klasę meteorytów, których składniki pozwalają na bardziej precyzyjne datowanie.
W 1953 r. Clair Cameron Patterson, znany geochemik z California Institute of Technology, dokonał pomiarów stosunków izotopów ołowiu w próbkach meteorytu, które pozwoliły na ścisłe określenie wieku Ziemi. Próbki meteorytu wykazują rozpiętość od 4,53 miliarda do 4,58 miliarda lat. Naukowcy interpretują ten zakres jako czas potrzebny na ewolucję Układu Słonecznego, stopniowe wydarzenie, które miało miejsce w ciągu około 50 milionów lat.
Dzięki wykorzystaniu nie tylko skał na Ziemi, ale także informacji zebranych o systemie, który ją otacza, naukowcy byli w stanie określić wiek Ziemi na około 4,54 miliarda lat. Dla porównania, galaktyka Drogi Mlecznej, która zawiera Układ Słoneczny, ma około 13,2 miliarda lat, podczas gdy sam wszechświat został datowany na 13,8 miliarda lat.
Dalsza lektura:
- Dowiedz się, gdzie znajdują się najstarsze skały w Stanach Zjednoczonych.
- Dowiedz się więcej o najstarszych skałach i minerałach na świecie, z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej.
- Dowiedz się więcej o określaniu wieku Ziemi z U.S. Geological Survey.
Ten artykuł został zaktualizowany 7 lutego 2019 r. przez Space.com contributor Elizabeth Howell.