Эта статья взята из архива Космического журнала, но была обновлена этим элегантным видео.
Сколько лет Земле? Ученые считают, что Земле 4,54 миллиарда лет, Конечно, это не совпадение; Солнце и планеты образовались из рассеянного облака водорода миллиарды лет назад.
В ранней Солнечной системе все планеты образовались в солнечной туманности; остатки, оставшиеся от образования Солнца. Мелкие частицы пыли собирались в более крупные и крупные объекты - гальку, камни, валуны и т. Д. - пока в Солнечной системе не было много планетоидов. Эти планетоиды столкнулись вместе и в конечном итоге достаточно собрались, чтобы стать размером с Землю.
В какой-то момент в ранней истории Земли планетоид размером с Марс врезался в нашу планету. В результате столкновения были отправлены осколки на орбиту, которая в итоге стала Луной.
Откуда ученые знают, что Земле 4,54 миллиарда лет? На самом деле это трудно понять по поверхности планеты, поскольку тектоника плит постоянно изменяет ее поверхность. Старые части поверхности скользят под более новыми пластинами для повторного использования в ядре Земли. Самым старым камням, когда-либо найденным на Земле, 4,0 - 4,2 миллиарда лет.
Ученые предполагают, что весь материал в Солнечной системе сформирован одновременно. Различные химические вещества и, в частности, радиоактивные изотопы были сформированы вместе. Поскольку они распадаются с очень известной скоростью, эти изотопы могут быть измерены, чтобы определить, как долго существовали элементы. И, изучая различные метеориты из разных мест в Солнечной системе, ученые знают, что разные планеты образовались одновременно.
Неудачные методы расчета возраста Земли
Наш нынешний точный метод измерения возраста Земли подходит к концу длинной серии оценок, сделанных на протяжении истории. Умные ученые обнаружили особенности Земли и Солнца, которые со временем меняются, а затем вычислили, сколько лет планете Земля от этого. К сожалению, все они были несовершенны по разным причинам.
- Снижение уровня моря - Бенуа де Майе, французский антрополог, живший в 1656-1738 годах и предположивший (неверно), что окаменелости на больших высотах означали, что Земля когда-то была покрыта большим океаном. Этот океан взял 2 миллиарда лет испариться до текущего уровня моря. Ученые отказались от этого, когда поняли, что уровень моря естественным образом поднимается и опускается.
- Охлаждение Земли –
Уильям Томпсон, позже известный как лорд Кельвин, предположил, что Земля когда-то была расплавленным скальным шаром с той же температурой Солнца, а затем с тех пор остывает. Основываясь на этих предположениях, Томпсон подсчитал, что Земля взяла где-то между 20 и 400 миллионов лет охладить до текущей температуры. Конечно, Томпсон сделал несколько неточных предположений о температуре Солнца (на самом деле это 15 миллионов градусов Кельвина в его ядре), температуре Земли (с ее расплавленным ядром) и тому, как Солнце состоит из водорода и Земли. сделано из камня и металла.
- Охлаждение Солнца - В 1856 году немецкий физик Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц попытался рассчитать возраст Земли по охлаждению Солнца. Он рассчитал, что Солнце взяло бы 22 миллиона лет конденсировать до его текущего диаметра и температуры из рассеянного облака газа и пыли. Хотя это было неточно, Гельмгольц правильно определил, что источником солнечного тепла является гравитационное сжатие.
- Рок Эрозия - В своей книге «Происхождение видов с помощью естественного отбора» Чарльз Дарвин предположил, что эрозия отложений мела может позволить рассчитать минимальный возраст планеты. Дарвин подсчитал, что образование мела в регионе Уилд в Англии могло бы занять 300 миллионов лет выдержать до его текущей формы.
- Орбита Луны - Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина, догадался, что Луна могла образоваться из Земли, и дрейфовал к своему текущему местоположению. Теория деления предполагала, что быстрое вращение Земли приводило к тому, что кусок планеты вращался в космосе. Дарвин подсчитал, что она взяла хотя бы Луну 56 миллионов лет достичь его текущего расстояния от Земли. Теперь мы знаем, что Луна, вероятно, образовалась, когда объект размером с Марс врезался в Землю миллиарды лет назад.
- Соленость океана - В 1715 году известный астроном Эдмунд Галлей предложил использовать соленость океанов для оценки возраста планеты. Галлей заметил, что океаны и озера, питаемые ручьями, постоянно получают больше соли, которая затем застревает, когда вода испаряется. Со временем вода станет более соленой и более соленой, что позволит оценить, как долго продолжается этот процесс. Различные геологи использовали этот метод, чтобы предположить, что Земля находилась между 80 и 150 миллионов лет, Этот метод был ошибочным, потому что ученые не понимали, что геологические процессы также извлекают соль из воды.
Радиометрическое датирование обеспечивает точный метод определения возраста Земли
В 1896 году французский химик А. Анри Беккерель открыл радиоактивность, процесс, в котором материалы распадаются на другие материалы, высвобождая энергию. Геологи поняли, что внутренняя часть Земли содержала большое количество радиоактивного материала, и это отбросило бы их расчеты для возраста Земли. Хотя это открытие выявило недостатки предыдущих методов расчета возраста Земли, оно предоставило новый метод: радиометрическое датирование.
Геологи обнаружили, что радиоактивные материалы распадаются на другие элементы с очень предсказуемой скоростью. Некоторые материалы быстро разлагаются, в то время как другим могут потребоваться миллионы или даже миллиарды лет для полного разложения. Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди, работающие в Университете Макгилла, определили, что половина любого изотопа радиоактивного элемента распадается в другой изотоп с установленной скоростью. Например, если у вас есть установленное количество тория-232, половина из него распадется в течение миллиарда лет, а затем половина этого количества распадется в течение следующего миллиарда лет. Это источник термина «период полураспада».
Измеряя период полураспада радиоактивных изотопов, геологи смогли построить измерительную лестницу, которая позволила бы им точно рассчитать возраст геологических формаций, включая Землю. Они использовали распад урана на различные изотопы свинца. Измеряя количество трех различных изотопов свинца (Pb-206, Pb-207 и Pb-208 или Pb-204), геологи могут рассчитать, сколько урана было первоначально в образце материала.
Если Солнечная система сформирована из общего пула вещества с равномерно распределенными изотопами Pb, то все объекты из этого пула вещества должны показывать одинаковое количество изотопов. Кроме того, со временем количество Pb-206 и Pb-207 будет меняться, поскольку эти изотопы являются конечными продуктами распада урана. Это приводит к изменению количества свинца и урана. Чем выше отношение урана к свинцу в породе, тем больше будут меняться значения Pb-206 / Pb-204 и Pb-207 / Pb-204 со временем. Теперь, предположив, что источник Солнечной системы также был равномерно распределен с изотопами урана, вы можете нарисовать линию данных, показывающую график зависимости от свинца к урану и, с наклона линии, количество времени, прошедшее с момента пул материи, разделенный на отдельные объекты, может быть вычислен.
Бертрам Болтвуд применил этот метод датирования к 26 различным образцам горных пород и обнаружил, что они образовались между 92 и 570 миллионов лети дальнейшие усовершенствования техники дали возраст между 250 миллионов до 1,3 миллиарда лет.
Геологи приступили к изучению Земли в поисках древнейших скальных образований на планете. Самый старый поверхностный камень найден в Канаде, Австралии и Африке, с возрастами, варьирующимися от 2,5-3,8 миллиарда лет, Самая древняя порода была обнаружена в Канаде в 1999 году, возраст которой оценивается чуть более 4 миллиардов лет.
Это установило минимальный возраст Земли, но благодаря геологическим процессам, таким как выветривание и тектоника плит, оно все еще может быть старше.
Метеориты как окончательный ответ на возраст Земли
Проблема с измерением возраста камней на Земле состоит в том, что планета находится в постоянном геологическом изменении. Тектоника плит постоянно перерабатывает части Земли, смешивая ее и навсегда скрывая самые старые регионы планеты. Но при условии, что все в Солнечной системе сформировалось в одно и то же время, метеориты в космосе не пострадали от атмосферных воздействий и тектоники плит здесь, на Земле.
Геологи использовали эти нетронутые объекты, такие как метеорит Каньон Диабло (фрагменты астероида, который воздействовал на кратер Баррингер), чтобы узнать истинный возраст Солнечной системы и, следовательно, Земли. Используя систему радиометрических датировок на этих метеоритах, геологи смогли определить, что Земля 4,54 миллиарда лет с погрешностью около 1%.
Источники:
Понимание науки - лорд Кельвин
USGS Age of the Earth
Неудачные научные часы лорда Кельвина
Роль радиоактивного распада
Астрономический ролевой эпизод 51: Земля
Найдены древнейшие скальные образования
Подкаст (аудио): Скачать (Продолжительность: 2:49 - 2,6 МБ)
Подписаться: Apple Podcasts | Android | RSS
Подкаст (видео): Скачать (73,4 МБ)
Подписаться: Apple Podcasts | Android | RSS
