Ηλικία της Γης

Σύμφωνα με την τρέχουσα επιστημονική θεώρηση, η ηλικία της Γης είναι 4,5 έως 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια (1 δισεκατομμύριο χρόνια = 1.000.000.000 χρόνια). Αυτή η τιμή βασίζεται στη μελέτη της ισοτοπικής σύνθεσης του μολύβδου στα αρχαϊκά πετρώματα που περιέχουν μόλυβδο και στην χρονολόγηση με διάφορες ραδιομετρικές μεθόδους μετεωριτών, οι ηλικίες των οποίων πιστεύεται ότι αντιστοιχούν σε αυτές του Ηλιακού Συστήματος. Πρόσθετες πληροφορίες παρέχονται από τους βράχους του φεγγαριού, οι παλαιότεροι από τους οποίους χρονολογήθηκαν στα 4,51 δισεκατομμύρια χρόνια με τη μέθοδο ρουβιδίου-στροντίου. Επιπλέον, η χρονολόγηση ουρανίου-μολύβδου για έναν αριθμό μικρών κρυστάλλων ζιργκονίου σε βράχο με μελέτες από τους Jack Hills στη Δυτική Αυστραλία έχει δείξει ηλικίες άνω των τεσσάρων δισεκατομμύριων ετών, με μέγιστο τα 4,40 δισεκατομμύρια χρόνια. Τα τελευταία αποτελέσματα αφορούν τις πρώτες διαδικασίες που είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό του φλοιού της Γης και μπορούν να θεωρηθούν ως ελάχιστη τιμή για τη Γη ως πλανήτης. Σύμφωνα με την πιο αποδεκτή θεωρία, η Γη δημιουργήθηκε με συσσώρευση του προηλιακού νεφελώματος (βαρυτική καταρεύση) που προήλθε από ένα ή περισσότερους Υπερκαινοφανών αστέρων πλούσία σε βαρέα στοιχεία μετά την έκρηξη αυτών. Η ακριβής στιγμή κατά την οποία πραγματοποιήθηκε αυτή η διαδικασία είναι δύσκολο να προσδιοριστεί, επειδή η διάρκεια της ποικίλλει στα διαφορετικά μοντέλα: από αρκετά εκατομμύρια χρόνια έως εκατό εκατομμύρια χρόνια. Ως αποτέλεσμα, η ακριβής ηλικία της Γης δεν μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια αυτή τη στιγμή. Στους αιώνες πριν από την επιστημονική επανάσταση, η ηλικία της Γης στην Ευρώπη καθορίστηκε κυρίως με βάση τα δεδομένα της Βίβλου. Ακόμα και σήμερα, ορισμένες θρησκευτικές ομάδες, ιδιαίτερα συντηρητικές, δέχονται μόνο εκτιμήσεις για την ηλικία της Γης που βασίζονται σε θεολογικά επιχειρήματα.

 Σύμφωνα με την ινδουιστική κοσμολογία, το Σύμπαν δημιουργείται, καταστρέφεται και αναδημιουργείται σε έναν απείρως επαναλαμβανόμενο κύκλο. Κάθε σύμπαν υπάρχει για περίπου 4.320.000.000 χρόνια (αυτή η περίοδος ονομάζεται καλπά και αντιπροσωπεύει μια μέρα του Μπράχμα, του δημιουργού) πριν καταστραφεί από φωτιά και νερό. Στη συνέχεια ο Μπράχμα ξεκουράζεται για μια νύχτα, η οποία διαρκεί όσο η μέρα του Μπράχμα. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται πραλάγια (pralaya), επαναλαμβάνεται για 100 χρόνια Brahma (311 τρισεκατομμύρια ανθρώπινα έτη), τη διάρκεια ζωής του Brahma. Αυτή τη στιγμή βρισκόμαστε στο 51ο έτος του τρέχοντος κύκλου, έτσι ώστε να έχουν περάσει 155 τρισεκατομμύρια χρόνια από τη γέννηση του Μπράχμα. Μετά τον θάνατο του Μπράχμα, θα πρέπει να περάσουν άλλα 100 χρόνια Μπράχμα πριν ξαναγεννηθεί και η δημιουργία μπορεί να ξεκινήσει ξανά. Σύμφωνα με τον Ινδουισμό, αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται επ 'αόριστον. Η έννοια του τεράστιου χρονικού διαστήματος πριν από την ύπαρξη του ανθρώπου ή πολύ μακριά στο μέλλον μετά την εξαφάνισή του, δεν είναι μοναδική στον Ινδουισμό. Άλλες ασιατικές παραδόσεις δίνουν παρόμοιες κοσμολογικές κοσμοθεωρίες. Για παράδειγμα, οι Κινέζοι Χαν πίστευαν ότι η Γη δημιουργήθηκε και καταστράφηκε σε κύκλους άνω των 23 εκατομμυρίων ετών. Η έννοια του τεράστιου χρόνου ήταν αρχικά άγνωστη στην Ευρώπη και τη Μέση Ανατολή. Σύμφωνα με την ελληνική, σκανδιναβική και κελτική μυθολογία, η Γη είναι ηλικίας αρκετών χιλιάδων ετών. Η Τορά και η Βίβλος δίνουν μια αρχαιότητα στην ίδια τάξη μεγέθους με τις μυθολογίες. Κατά την κλασική αρχαιότητα, οι φιλόσοφοι άρχισαν να αποστασιοποιούνται από αυτήν την παράδοση. Ο Ηράκλειτος (αποκαλείται από τους μελετητές «Σκοτεινός») υπέθεσε ότι το Σύμπαν υπάρχει από πάντα και θα υπάρχει πάντα ,δεν έγινε από θεούς ή ανθρώπους είναι αιώνιο ζωντανό πυρ που ανάβει και σβήνει με μέτρο (νόμους). Σύμφωνα με τον Αναξίμανδρο και την κοσμολογική του θεώρηση πηγή του Κόσμου ήταν το άπειρον.Το άπειρον δημιούργησε τα αντίθετα (ζεστά -κρύα, υγρά -στεγνά, κ.λπ.) που έδρασαν στη δημιουργία του κόσμου.Τα πάντα παράγονται από το απείρo και στη συνέχεια καταστρέφονται πηγαίνοντας πίσω στο άπειρο, ανάλογα με την ανάγκη. Πίστευε ότι άπειροι κόσμοι δημιουργούνται από το απείρο και στη συνέχεια καταστρέφονται ξανά εκεί. Ο Λεύκιππος και ο μαθητής του Δημόκριτος (460 π.Χ.- 370 π.Χ), ο οποίος γεννήθηκε στα Άβδηρα της Θράκης είναι οι προσωκρατικοί φιλόσοφοι που εισάγουν τα αδιάσπαστα, αόρατα στοιχεία που ονομάζουν άτομα και με αυτά δημιουργούν τον Κόσμο, τα άστρα και την Γη. Τα βαριά άτομα πάνε στο κέντρο κάθε σώματος που δημιουργείται σε μια δίνη που περιστρεφόμενη υπερθερμαίνεται και ακτινβολεί. Ο Πλάτων υπέθεσε ότι ο κόσμος ήταν πάρα πολύ παλιός και έπαιζε με την ιδέα ότι στο σύμπαν η κατεύθυνση του χρόνου τελικά αντιστράφηκε και όλα πήγαν πίσω στην αρχή. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι η Γη και το σύμπαν υπήρχαν για άπειρο χρονικό διάστημα. Τον τέταρτο αιώνα μ.Χ, ο Χριστιανισμός έγινε η κρατική θρησκεία στη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία. Κατά τον Μεσαίωνα, κυριαρχούσε μια αρκετά κυριολεκτική ερμηνεία της κοσμοθεωρίας της Αγίας Γραφής. Για αιώνες, επομένως, οι Δυτικοί επιστήμονες και θεολόγοι εργάζονταν υπό την προϋπόθεση ότι η Γη δεν θα μπορούσε να είναι παλαιότερη από μερικές χιλιάδες χρόνια. Την εποχή της που ακολούθησε , οι άνθρωποι προσπάθησαν να υπολογίσουν την ηλικία της Γης με βάση τη Βίβλο.Τέτοιοι υπολογισμοί είναι δυνατοί με βάση ένα Βιβλικό χρονολόγιο, το οποίο μπορεί να συνταχθεί με βάση, μεταξύ άλλων, τις γενεαλογίες στο βιβλίο της Γένεσης. Οι εκτιμήσεις διαφορετικών θεολόγων διέφεραν για δεκαετίες, αλλά εκείνη την εποχή (γύρω στο 1550) έφτασαν σε ηλικία περίπου 5500 ετών. Μερικές φορές υπήρχαν εικασίες για το αν η Γη θα είχε δημιουργηθεί την άνοιξη ή το φθινόπωρο. Ο Αρχιεπίσκοπος Τζέιμς Ουσέρ του Αρμάγκ (Ιρλανδία) έφτασε τόσο μακριά το 1654, ώστε να καθοριστεί η ακριβής ημερομηνία δημιουργίας θα ξεκινούσε στις 23 Οκτωβρίου 4004 π.Χ. Με την άνοδο των φυσικών επιστημών τον 18ο αιώνα κατά τη διάρκεια του Διαφωτισμού, αυτή η ιδέα μιας νέας Γης (γνωστή σήμερα ως ο λεγόμενος δημιουργισμός της Νέας Γης) τέθηκε υπό αμφισβήτηση. Οι πρώτοι φυσικοί επιστήμονες, ωστόσο, δεν οδηγήθηκαν να αρνηθούν τη Βίβλο, αλλά ήθελαν να συμφιλιώσουν την επιστήμη με τη Βίβλο. Θρησκευτικά, μπορούν να χαρακτηριστούν ως δημιουργοί της παλιάς γης. Στις αρχές του 18ου αιώνα, ορισμένοι φυσικοί επιστήμονες προσπάθησαν να προσεγγίσουν την ηλικία της Γης με επιστημονικό τρόπο. Ο Μιχαήλ Λομονόσοφ, που θεωρείται ο ιδρυτής της επιστήμης στη Ρωσία, ήταν από τους πρώτους που το επιχείρησαν. Πρότεινε ότι η Γη δημιουργήθηκε ξεχωριστά από το (παλαιότερο) Σύμπαν, αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια πριν. Οι ιδέες του Λομονόσοφ ήταν κυρίως υποθετικές, αλλά το 1779 ο Γάλλος επιστήμονας Georges-Louis Leclerc προσπάθησε να υπολογίσει την ηλικία της Γης με ένα πείραμα. Έφτιαξε μια μικρή σφαίρα υλικού που αποτελεί τη Γη και μέτρησε τον ρυθμό ψύξης της. Από αυτό το πείραμα υπολόγισε την ηλικία της Γης στα 75.000 χρόνια. Λίγοι φυσιοδίφες έδωσαν προσοχή σε αυτό το έργο. Οι περισσότεροι άφησαν το ζήτημα της ηλικίας της Γης στους θεολόγους, ή απλά υπέθεσαν ότι η Γη πάντα υπήρχε και θα υπήρχε πάντα. Στα μέσα του 18ου αιώνα, οι φυσιοδίφες άρχισαν να μελετούν την ακολουθία και τα απολιθώματα σε στρώματα βράχου. Κατέληξαν στο κατηγορηματικό συμπέρασμα ότι η Γη υπόκειται σε αλλαγές κατά τη διάρκεια της ύπαρξής της - όσο πολύ και αν χρειαστεί. Αυτά τα στρώματα βράχου περιείχαν συχνά απολιθωμένα υπολείμματα αγνώστων ζώων ή φυτών και φαινόταν να υπάρχει σαφής σειρά εμφάνισης ειδών από στρώμα σε στρώμα. Γύρω στο 1795, ο Βρετανός γεωλόγος Γουίλιαμ Σμιθ πρότεινε ότι εάν δύο στρώματα βράχου σε διαφορετικές τοποθεσίες περιέχουν τα ίδια απολιθώματα, είναι πιθανό να είναι της ίδιας ηλικίας. Αυτή η αρχή, που τώρα ονομάζεται βιοστρωματογραφία, εξακολουθεί να ισχύει σήμερα και είναι μία από τις σημαντικότερες ηλικιακές ημερομηνίες και μεθόδους για τη συμφιλίωση των ηλικιών των βράχων σε διαφορετικά μέρη της Γης. Αυτή η ιδέα χρησιμοποιήθηκε από άλλους για να δημιουργήσει μια ιστορία της Γης, αν και η χρονική κλίμακα δεν ήταν σαφής. Ούτε ήταν γνωστό πόσο καιρό χρειάστηκε για να σχηματιστεί ένα στρώμα βράχου. Ο John Phillips, ξάδερφος και μαθητής του Smith, εκτίμησε αργότερα την ηλικία της Γης σε 500 εκατομμύρια χρόνια. [1] Ο γεωλόγος Charles Lyell πρότεινε γύρω στο 1830 ότι η επιφάνεια της Γης βρίσκεται σε συνεχή αλλαγή, με τις οροσειρές να σχηματίζονται και τη διάβρωση να διασπάται ξανά. Σύμφωνα με τον Lyell, ο ρυθμός αυτών των αλλαγών ήταν περίπου σταθερός με την πάροδο του χρόνου. Αυτό δεν ήταν σύμφωνο με τις παραδοσιακές ιδέες της περιόδου, όταν η ιστορία της Γης θεωρούνταν βασικά στατική και οι αλλαγές μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο με τεράστιες φυσικές καταστροφές.Οι νέες ιδέες του Lyell ήταν η αρχή της ομοιομορφίας, η οποία γρήγορα απέκτησε πολλούς υποστηρικτές μεταξύ των μελετητών. Η ομοιομορφία υποστηρίζει ότι οι ορατές αλλαγές σήμερα είναι ομοιόμορφες σε όλη τη γεωλογική ιστορία. Ο Lyell προτίμησε ένα μοντέλο στο οποίο η Γη ήταν αιώνια. Το 1862, ο Σκωτσέζος φυσικός William Thomson (γνωστός ως Λόρδος Κέλβιν Lord Kelvin) δημοσίευσε υπολογισμούς που υπολόγισαν την ηλικία της Γης μεταξύ 20 και 400 εκατομμυρίων ετών. Υπέθεσε ότι η Γη δημιουργήθηκε ως μια τελείως λιωμένη μπάλα βράχου και υπολόγισε πόσο χρόνο χρειάστηκε για να κρυώσει η μπάλα στη σημερινή της θερμοκρασία. Οι Γεωλόγοι είχαν πρόβλημα να δεχτούν αυτήν την (για αυτούς μικρή) ηλικία της Γης. Οι Βιολόγοι μπορούσαν να αποδεχτούν ότι η Γη δεν υπήρχε επ 'αόριστον, αλλά ακόμη και εκατό εκατομμύρια χρόνια φαίνονταν πολύ σύντομα. Ο Κάρολος Δαρβίνος, ο οποίος είχε μελετήσει το έργο του Lyell, διατύπωσε τη θεωρία της εξέλιξης στην οποία η εξέλιξη των οργανισμών πραγματοποιείται με την διαδικασία της φυσικής επιλογής. Η φυσική επιλογή, η οποία περιλαμβάνει έναν συνδυασμό γενετικών παραλλαγών και αθροιστικής επιλογής, θα μπορούσε να είναι αληθινή μόνο εάν η Γη ήταν εδώ για πολύ καιρό. Ακόμα και τετρακόσια εκατομμύρια χρόνια φαίνονταν πολύ σύντομο χρονικό διάστημα για αυτό. Το 1869, ο Thomas Huxley, μεγάλος υποστηρικτής του Δαρβίνου, επιτέθηκε στους υπολογισμούς του Thomson. Ισχυρίστηκε ότι, ενώ εκτελέστηκαν σωστά, βασίστηκαν σε λανθασμένες υποθέσεις. (Ο Χάξλεϊ αργότερα αποδείχθηκε σωστός, η υπολογιζόμενη ηλικία του Τόμσον ήταν ακόμα πολύ μικρή. Ο Τόμσον προσπάθησε να αντιμετωπίσει το πρόβλημα μέσω της φυσικής, οι βιολόγοι και γεωλόγοι με άλλο τρόπο: στο τέλος, οι τελευταίοι ήταν πιο κοντά στην αλήθεια.) Ο Χάξλεϊ κατάφερε να προκαλέσει μια μακρά και παραγωγική συζήτηση. Ο Γερμανός φυσικός Hermann von Helmholtz και ο Καναδός αστρονόμος Simon Newcomb υπολόγισαν ανεξάρτητα τον χρόνο που χρειάζεται για να συσσωρευτεί ο Ήλιος από ένα αρχικό νεφέλωμα αερίου στη τρέχουσα διάμετρό του.Κατέληξαν έτσι στα 100 εκατομμύρια χρόνια, δίνοντας ένα όριο στην ηλικία της Γης που ταίριαζε με τους υπολογισμούς του Thomson. Στους υπολογισμούς τους, ωστόσο, υπέθεσαν ότι ο Ήλιος ακτινοβολεί θερμότητα μόνο μέσω της βαρυτικής συστολής. Δεν γνώριζαν άλλο τρόπο παραγωγής ενέργειας. Άλλοι επιστήμονες συμφώνησαν επίσης με τους υπολογισμούς του Thomson. Ο γιος του Κάρολου Δαρβίνου, ο αστρονόμος Τζορτζ Δαρβίνος, πρότεινε ότι η Γη και η Σελήνη είχαν διαλυθεί κατά τη διάρκεια της εποχής που και τα δύο είχαν λιώσει. Στη συνέχεια υπολόγισε το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την τριβή των παλίρροιας για να δοθεί στη Γη ένα 24ωρο και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο Τόμσον πρέπει να έχει δίκιο. Το 1899 ο Ιρλανδός John Joly υπολόγισε την ταχύτητα με την οποία το αλάτι μπορεί να καταλήξει στους ωκεανούς μέσω της διάβρωσης και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η Γη πρέπει να είναι περίπου 90 εκατομμυρίων ετών. Για περισσότερες εξηγήσεις, δείτε: Ακτινομετρική χρονολόγηση Αρχή Τα ορυκτά στα πετρώματα περιέχουν φυσικά ορισμένα χημικά στοιχεία, ενώ άλλα στοιχεία αποκλείονται. Μέσω της ραδιενεργής αποσύνθεσης των ραδιοϊσοτόπων σε έναν βράχο, στοιχεία μπορούν να προστεθούν σε ορυκτά με την πάροδο του χρόνου που δεν ανήκουν εκεί φυσικά. Μετρώντας τις συγκεντρώσεις αυτών των στοιχείων, εάν είναι γνωστός ο χρόνος ημισείας ζωής και η αρχική συγκέντρωση του ραδιοϊσοτόπου, μπορεί να υπολογιστεί η ηλικία του βράχου. Όταν ένας βράχος λιώνει, όπως γίνεται στο εσωτερικό ενός ηφαιστείου ή λιώνει στο μανδύα της Γης, τα ραδιενεργά στοιχεία θα διαφύγουν από το τήγμα και θα αναδιανεμηθούν σε βράχο. Η ηλικία των παλαιότερων γνωστών βράχων στη Γη δίνει μια ελάχιστη ηλικία για την ίδια τη Γη. Ανακάλυψη ραδιενέργειας Στις αρχές του 20ού αιώνα, ο Γουίλιαμ Τόμσον ονομάστηκε Λόρδος Κέλβιν ως αναγνώριση του επιστημονικού του έργου. Επίσης, στον υπολογισμό της ηλικίας της Γης υπήρχε κάθε λόγος να πιστεύουμε ότι ο Τόμσον ήταν σωστός, γιατί αυτό επιβεβαιώθηκε από άλλους υπολογισμούς. Οι γεωλόγοι και οι βιολόγοι δεν μπορούσαν παρά να υποστηρίξουν ότι ίσως έπαιζαν και άλλοι παράγοντες. Η ανακάλυψη ήρθε το 1896, όταν ο Γάλλος χημικός Ανρί Μπεκερέλ ανακάλυψε την ύπαρξη ραδιενέργειας. Το 1898, δύο Γάλλοι-Πολωνοί επιστήμονες, η Μαρί και ο Πιερ Κιουρί, ανακάλυψαν τα ραδιενεργά στοιχεία πολώνιο και ράδιο. Το 1903, ο Pierre Curie και ο συνάδελφός του Albert Laborde ανακοίνωσαν ότι η ραδιενεργή διάσπαση παράγει αρκετή θερμότητα ώστε το ράδιο να λιώσει το βάρος του στον πάγο σε λιγότερο από μία ώρα. Αυτές οι ανακαλύψεις αμφισβητούν τους υπολογισμούς της ηλικίας της Γης. Σε αυτούς τους υπολογισμούς θεωρείται ότι ο Ήλιος και η Γη έχουν χάσει θερμότητα από την προέλευσή τους μόνο μέσω ψύξης, αλλά η ραδιενέργεια παράγει επίσης θερμότητα. Την ίδια χρονιά, το 1903, ο George Darwin και ο John Joly ήταν οι πρώτοι που το αναγνώρισαν. Το ερώτημα τώρα ήταν αν η Γη περιέχει αρκετό ραδιενεργό υλικό για να επηρεάσει τον ρυθμό ψύξης της. Το 1901, δύο Γερμανοί δάσκαλοι, ο Julius Elster και ο Hans Geitel, είχαν ανακαλύψει ότι ο αέρας και το έδαφος περιείχαν ραδιενέργεια. Άλλοι βρήκαν ραδιενέργεια στο νερό της βροχής, στο χιόνι και στα υπόγεια ύδατα. Ο Άγγλος Robert Strutt βρήκε ίχνη ραδίου σε πολλούς βράχους και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η Γη περιέχει περισσότερο από αρκετό ραδιενεργό υλικό για να διατηρηθεί ζεστή για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Το έργο του Στρουτ χτύπησε σαν βόμβα,στην επιστημονική κοινότητα. Ο Λόρδος Κέλβιν, ωστόσο, συνέχισε να υπερασπίζεται τους παλαιότερους υπολογισμούς μέχρι το θάνατό του το 1907, αν και φαίνεται να είχε παραδεχτεί σε ιδιωτικές συνομιλίες ότι οι υπολογισμοί του ήταν πιθανώς λανθασμένοι. Επινόηση ραδιομετρικής χρονολόγησης Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας, η οποία είχε διαταράξει τους παλιούς υπολογισμούς, ήρθε τελικά με ένα μπόνους με τη μορφή μιας νέας μεθόδου υπολογισμού της ηλικίας: της ραδιομετρικής χρονολόγησης. Ο Ernest Rutherford, πρωτοπόρος στην πυρηνική φυσική, έκανε σημαντικές ανακαλύψεις που επέτρεψαν την ανάπτυξη της ραδιομετρικής χρονολόγησης. Οι Ernest Rutherford και Frederick Soddy, εν τω μεταξύ, συνέχισαν την έρευνά τους στη ραδιενέργεια και ανακάλυψαν ότι η ραδιενέργεια προήλθε από πυρηνικές αντιδράσεις, στις οποίες μεταλλάξεις στους ατομικούς πυρήνες οδηγούν στο σχηματισμό άλλων στοιχείων. Σε μια τέτοια αντίδραση, ένα άτομο διασπάται σε ένα ελαφρύτερο στοιχείο, απελευθερώνοντας ιονίζουσα ακτινοβολία (ακτινοβολία άλφα, βήτα ή γάμμα). Ανακαλύφθηκε επίσης ότι αυτές οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα με σταθερό ρυθμό αντίδρασης, ο οποίος μπορεί να περιγραφεί με τον χρόνο ημίσειας ζωής του ραδιενεργού στοιχείου. Ο χρόνος ημιζωής είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να διασπαστεί το μισό υλικό σε άλλο στοιχείο. Ορισμένα ραδιενεργά στοιχεία έχουν μικρό χρόνο ημίσειας ζωής, άλλα μεγάλα. Το ουράνιο, το θόριο και το ράδιο έχουν συνήθως μεγάλη ημιζωή, και ως εκ τούτου εξακολουθούν να υπάρχουν στον φλοιό της Γης, ενώ άλλα ραδιενεργά στοιχεία με πολύ μικρή ημιζωή έχουν εξαφανιστεί με την πάροδο του χρόνου. Ορισμένα ραδιενεργά στοιχεία διασπώνται πρώτα σε άλλα ραδιενεργά στοιχεία, τα οποία στη συνέχεια διασπώνται περαιτέρω, δημιουργώντας μια αλυσίδα αντιδράσεων που ονομάζεται αλληλουχία αποσύνθεσης. Οι σειρές σήψης καθιερώθηκαν σύντομα, όπως η σειρά ουρανίου-ραδίου-θωρίου. Πρωτοπόρος σε αυτόν τον τομέα ήταν ο Αμερικανός χημικός Bertram Boltwood. Ο Rutherford δήλωσε το 1904 ότι τα σωματίδια άλφα (τα σωματίδια που αποτελούν την άλφα ακτινοβολία) μπορούν να παγιδευτούν σε ένα υλικό ως άτομα ηλίου. Τότε υπολόγιζε για τη σχέση μεταξύ σωματιδίων ηλίου και άλφα, αλλά μπορούσε να αποδείξει τη σχέση τέσσερα χρόνια αργότερα. Εν τω μεταξύ, ο παλιός συνάδελφος του Rutherford, Soddy, μαζί με τον William Ramsay, είχαν καθορίσει τον ρυθμό με τον οποίο το ράδιο παράγει σωματίδια άλφα. Ο Ράδερφορντ τώρα πρότεινε ότι ήταν δυνατό να προσδιοριστεί η ηλικία ενός βράχου μετρώντας τη συγκέντρωση ηλίου σε αυτό: τη μέθοδο ηλίου. Χρονολόγησε μια πέτρα σε ηλικία 40 εκατομμυρίων ετών και αργότερα έγραψε για την παρουσίαση του αποτελέσματος του: Μπήκα στην αίθουσα, όπου ήταν μισοσκούρο, και ξαφνικά είδα τον λόρδο Κέλβιν να κάθεται ανάμεσα στο κοινό. Ήξερα τότε ότι θα είχα πρόβλημα για το τελευταίο μέρος της ομιλίας μου όπου θα μιλούσα για την ηλικία της Γης, για την οποία οι ιδέες του ήταν διαφορετικές από τις δικές μου. Προς μεγάλη μου ανακούφιση, ο Κέλβιν αποκοιμήθηκε, αλλά όταν έφτασα στο σημαντικό σημείο, τον είδα να κάθεται, να ανοίγει τα μάτια του και να μου ρίχνει ένα θυμωμένο βλέμμα! Έκανα μια ξαφνική σκέψη και είπα: "Ο Λόρδος Κέλβιν έχει περιορίσει την ηλικία της Γης, υπό την προϋπόθεση ότι δεν ανακαλύφθηκε νέα πηγή θερμότητας. Αυτή η προφητική επιδρομή αποτυπώνει αυτό που λέμε σήμερα: το ράδιο!" και κοίτα, το γέρο μου χαμογέλασε. (Eve, Rutherford: Being the Life and Letters of the Rt. Hon. Lord Rutherford, O.M. Cambridge: Cambridge University Press, 1939) Ο Ράδερφορντ υπέθεσε ότι το ράδιο διασπάστηκε με σταθερό ρυθμό, όπως είχαν δείξει ο Ράμσεϊ και ο Σόντι, και ότι το ήλιο δεν μπορούσε να διαφύγει από το βράχο. Το πείραμά του ήταν ανακριβές, αλλά ήταν μια αρχή. Ο Boltwood υποστήριξε το 1905 ότι το τελικό προϊόν της σειράς αποσύνθεσης του ραδίου πρέπει να είναι μόλυβδος. Ήταν ήδη γνωστό τότε ότι το ίδιο το ράδιο μπορούσε να σχηματιστεί από τη διάσπαση του ουρανίου. Ο Ράδερφορντ συνέταξε τότε μια σειρά αποσύνθεσης στην οποία το ράδιο διασπάται για να οδηγήσει διώχνοντας πέντε σωματίδια άλφα. Υποθέτει ότι η σειρά αποσύνθεσης ουρανίου-μολύβδου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για χρονολόγηση βράχων. Ο Boltwood στη συνέχεια έλαβε μετρήσεις σε έναν αριθμό βράχων, δίνοντας τιμές μεταξύ 92 και 570 εκατομμυρίων ετών. Δεν δημοσίευσε σχετικά με αυτά τα πειράματα, επειδή τα σφάλματα μέτρησης ήταν πολύ μεγάλα και η τιμή που χρησιμοποιήθηκε για τον χρόνο ημίσειας ζωής του ραδίου ήταν μόνο μια αόριστη εκτίμηση. Αφού τελειοποίησε τα πειράματα, ο Boltwood τόλμησε να δημοσιεύσει σχετικά το 1907. Στη δημοσίευσή του, ο Boltwood γράφει ότι τα πετρώματα από το ίδιο υπόστρωμα έχουν παρόμοιες αναλογίες μολύβδου/ουρανίου σε διαφορετικές θέσεις, ενώ τα στρώματα που βρέθηκαν παλαιότερα περιέχουν υψηλότερες συγκεντρώσεις μολύβδου, εκτός από τις περιπτώσεις που βρέθηκαν στοιχεία ότι ο μόλυβδος έχει διαλυθεί από το βράχο. Τα πειράματά του επισκιάστηκαν ακόμη από την έλλειψη σαφήνειας σχετικά με την ακολουθία αποσύνθεσης του θορίου, οδηγώντας σε λανθασμένα αποτελέσματα σε πετρώματα που περιείχαν τόσο θόριο όσο και ουράνιο. Μεταγενέστερες τεχνικές θα μπορούσαν να υπολογίσουν την ηλικία των διαφόρων πετρωμάτων του Boltwood, που κυμαίνεται από 250 εκατομμύρια έως 1,3 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι ημερομηνίες κατά Arthur Holmes Το έργο του Μπόλτγουντ έλαβε ελάχιστο ενδιαφέρον από τους γεωλόγους και εγκατέλειψε την ακτινομετρική χρονολόγηση. Ο Ράδερφορντ παρέμεινε σ' ενδιαφέρον αλλά δεν ερεύνησε περαιτέρω. Ο Strutt συνέχισε να εργάζεται με τη μέθοδο του ηλίου του Rutherford μέχρι το 1910 αλλά έχασε την ελπίδα ότι κάτι χρήσιμο θα βγει από αυτό. Ο μαθητής του Strutt, Arthur Holmes, ωστόσο, συνέχισε. Αποφάσισε να χρησιμοποιήσει τη μέθοδο ουρανίου-μολύβδου επειδή η μέθοδος ηλίου δεν φαινόταν πολλά υποσχόμενη. Το 1911 ο Χολμς έλαβε μετρήσεις σε μια σειρά από πέτρες και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η παλαιότερη ήταν 1,6 δισεκατομμύρια χρόνια παλιά. Αυτοί οι υπολογισμοί δεν ήταν ακόμη πολύ αξιόπιστοι. Για παράδειγμα, ο Χολμς υπέθεσε ότι οι πέτρες περιείχαν μόνο ουράνιο και καθόλου μόλυβδο όταν σχηματίστηκαν. Αυτό επέτρεψε στο μέλλον να συντάξουμε ακριβέστερες σειρές αποσύνθεσης. Το 1913, ο Χολμς έγραψε στο βιβλίο του Η Εποχή της Γης ότι η Γη είναι πιθανότατα περίπου 1600 εκατομμυρίων ετών (1,6 δισεκατομμυρίων ετών). Το πιο σημαντικό, ο Soddy είχε ανακαλύψει το 1913 ότι άτομα του ίδιου στοιχείου υπάρχουν με διαφορετικές μάζες. αυτά ονομάζονται ισότοπα. Στη δεκαετία του 1930 θα αποδειχθεί ότι αυτό συμβαίνει επειδή οι ατομικοί πυρήνες μπορούν να περιέχουν διαφορετικό αριθμό μη φορτισμένων σωματιδίων, τα λεγόμενα νετρόνια. Ενώ πολλοί γεωλόγοι θεώρησαν ότι αυτή η νέα ανακάλυψη έκανε τις ραδιομετρικές χρονολογήσεις τόσο περίπλοκες που τα αποτελέσματα ήταν άχρηστα, ο Χολμς τα είδε ως έναν τρόπο βελτίωσης των τεχνικών του. Συνέχισε τη δουλειά του, αλλά σχεδόν αγνοήθηκε μέχρι τη δεκαετία του 1920. Εξαίρεση ήταν ο Τζόζεφ Μπάρελ, ένας Αμερικανός γεωλόγος, ο οποίος, το 1917, υποστήριξε ότι τα αποτελέσματα του Χολμς επέτρεψαν τη δημιουργία μιας γεωλογικής κλίμακας. Ο Barrell έδειξε ότι τα στρώματα βράχου δεν σχηματίζονται πάντα με τον ίδιο ρυθμό, οπότε το πάχος των στρώσεων βράχου δεν θα μπορούσε απλώς να χρησιμοποιηθεί για να πει κάτι για τη διάρκεια των εποχών. Το έργο του Χολμς άρχισε τελικά να κερδίζει την προσοχή το 1921, όταν οι ομιλητές της ετήσιας Βρετανικής Ένωσης για την Πρόοδο της Επιστήμης συμφώνησαν ότι η Γη πρέπει να είναι ηλικίας μερικών δισεκατομμυρίων ετών και ότι η ραδιομετρική χρονολόγηση ήταν αξιόπιστη. Οι περισσότεροι γεωλόγοι δεν είδαν τίποτα στη νέα μέθοδο. Μόλις το 1926 το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας της Αμερικανικής Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών αποφάσισε να δημιουργήσει μια επιτροπή για τη διερεύνηση του προβλήματος της ηλικίας της Γης. Ο Χολμς, ένας από τους λίγους με εμπειρία στην ακτινομετρική χρονολόγηση, διορίστηκε στην επιτροπή και έγραψε ο ίδιος μεγάλα τμήματα της τελικής έκθεσης. Το συμπέρασμα ήταν ότι η ακτινομετρική χρονολόγηση ήταν η μόνη ακριβής μέθοδος για τον προσδιορισμό των ακριβών ηλικιών για τη γεωλογική χρονική κλίμακα. Η έκθεση αναφέρει λεπτομερώς τη μέθοδο, τα περιθώρια σφάλματος και τους περιορισμούς. Μετά τη δημοσίευση της έκθεσης, κάθε επιστημονική αντίθεση εξαφανίστηκε γρήγορα. Επειδή οι τεχνικές βελτιώθηκαν και οι άνθρωποι δεν ήξεραν πού βρίσκονταν οι παλαιότεροι βράχοι στην αρχή, η ηλικία που έδωσε ο Χολμς στη Γη θα αυξανόταν με την πάροδο του χρόνου. Πολύ σημαντική η η μέτρηση που πραγματοποίησε ο Alfred Nier,και η τεράστια ποσότητα που κατέληξε.Το 1913 ο Χολμς υπολόγισε ότι η Γη ήταν 1600 εκατομυρίων ετών παλιά, το 1947 ήταν 3350 εκατομυρίων ετών , και το 1956 έγινε τελικά 4550 εκατομυρίων ετών .Η τελευταία τιμή είναι πολύ κοντά στις τρέχουσες εκτιμήσεις. Η ραδιομετρική χρονολόγηση παραμένει η πιο σημαντική μέθοδος προσδιορισμού της ηλικίας στη γεωλογία. Οι τεχνικές βελτιώνονται και δοκιμάζονται συνεχώς. Εκτός από τη μέθοδο μολύβδου ουρανίου του Χολμς, σαράντα περίπου μέθοδοι είναι πλέον γνωστές που χρησιμοποιούν διαφορετικά ραδιοϊσότοπα και υλικά/μέταλλα. Δέκα από αυτά μπορούν να εφαρμοστούν σε πολύ παλιά βράχια. Σήμερα, η ηλικία των πετρωμάτων μπορεί επομένως να προσδιοριστεί με μεγάλη ακρίβεια και με μικρό περιθώριο σφάλματος. Τα παλαιότερα πετρώματα και τα παλαιότερα ορυκτά της Γης Οι βράχοι δεν μπορούν να δώσουν μια άμεση ηλικία σχηματισμού της Γης από το ηλιακό νεφέλωμα, επειδή μετά τον σχηματισμό της η Γη έχει διαφοροποιηθεί σε έναν πυρήνα, μανδύα και φλοιό με τεκτονικές πλάκες, καιρικές συνθήκες και μεταμόρφωση προκαλώντας την εξαφάνιση των παλαιότερων βράχων. Οι αρχαιότεροι βράχοι που εκτίθενται στην επιφάνεια της γης βρίσκονται στους αρχαϊκούς κρατόνους. Αυτοί οι κρατόνοι αποτελούν τις βασικές περιοχές των μεγαλύτερων ασπίδων Precambrian, οι οποίες βρίσκονται σε όλες τις ηπείρους. Οι παλαιότεροι βράχοι βρίσκονται στο Βόρειο Ατλαντικό Κράτον (Γροιλανδία, Λαμπραντόρ, Βορειοδυτική Σκωτία) και στο Σκλάβο Κράτον (Βορειοδυτικός Καναδάς). Στη Δυτική Γροιλανδία οι ηλικίες αποκτήθηκαν μεταξύ 3,7 και 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια, στα βράχια της ζώνης πρασίνου Isua. Στο Βορειοδυτικό Καναδά, τα αποτελέσματα ελήφθησαν σε ένα gneiss (το Acasta gneiss) έως 4,03 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι προσδιορισμοί ηλικίας έγιναν κυρίως με τη μέθοδο ουρανίου-μολύβδου που εφαρμόστηκε σε μικρούς κρυστάλλους ζιργκόν που εξήχθησαν από τους βράχους. Πιστεύεται ότι οι κρύσταλλοι ζιρκονίου είχαν ήδη κρυσταλλωθεί ως συστατικό του γρανίτη που ήταν ο αρχικός βράχος (ο πρωτόλιθος) από τον οποίο σχηματίστηκε αργότερα το gneiss με μεταμόρφωση. Επομένως, η ηλικία που βρέθηκε δεν είναι αυτή του γνεύσου αλλά αυτή του γρανίτη. Τα παλαιότερα ορυκτά είναι μικροί κρύσταλλοι ζιργκόν που βρέθηκαν ως αποσπώμενοι κόκκοι άμμου σε ένα μεταμορφωμένο συγκρότημα που ξεπροβάλλει στο Jack Hills που βρίσκεται στο Yilgarn Craton της Δυτικής Αυστραλίας. Η ηλικία τους καθορίστηκε επίσης με τη μέθοδο ουρανίου-μολύβδου. Δεκάδες κόκκοι βρέθηκαν να είναι παλαιότεροι από 4 δισεκατομμύρια χρόνια και ένας κόκκος έδωσε ηλικία 4,40 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι προσδιορισμοί ηλικίας αναφέρονται στους βράχους από γρανίτη από τους οποίους προέρχονται οι κόκκοι ζιργκόν. Ωστόσο, τίποτα δεν έχει βρεθεί από αυτόν τον γρανίτη. Το ίδιο το συγκρότημα είναι μόνο περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια παλιά. Η ηλικία της Γης προσεγγίζεται πιο πολύ από μια εξέταση της ισοτοπικής σύνθεσης του μολύβδου σε κρυστάλλους γαλενίτη από τέσσερα αρχαϊκά μεταλλεύματα μολύβδου διαφόρων ηλικιών μεταξύ 2,6 και 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι κρυστάλλοι γαλενίτη δεν περιέχουν ουράνιο και η μετρούμενη ισοτοπική σύνθεση του μολύβδου στους κρυστάλλους είναι αυτή της Γης τη στιγμή που κρυσταλλώθηκαν. Υποθέτοντας ότι τα τέσσερα μεταλλεύματα προέρχονται από την ίδια χερσαία δεξαμενή, μια ηλικία για τη Γη μπορεί να προκύψει από τη διαφορά τους στη ισοτοπική σύνθεση του μολύβδου. Αυτή η μέθοδος επινοήθηκε από τον Fouad Tera και το αποτέλεσμα που έλαβε είναι 4,53 έως 4,54 δισεκατομμύρια χρόνια. Μετρήσεις μετεωριτών και άλλων πλανητών Οι περισσότεροι μετεωρίτες είναι θραύσματα ουράνιων σωμάτων παρόμοια με τους αστεροειδείς που βρίσκονται σε μια ζώνη μεταξύ Άρη και Δία. Η ηλικία τους αντιστοιχεί στην ηλικία των άλλων ουράνιων σωμάτων του ηλιακού συστήματος και επομένως επίσης στην ηλικία της Γης. Η πρώτη ακριβής χρονολόγηση των μετεωριτών δημοσιεύθηκε από τον Clair Patterson το 1956. Χρησιμοποίησε τη μέθοδο μολύβδου-μολύβδου (μια παραλλαγή της μεθόδου ουρανίου-μολύβδου, στην οποία προσδιορίζεται μόνο η ισοτοπική σύνθεση του μολύβδου, χωρίς μέτρηση της περιεκτικότητας σε ουράνιο ) .. Εφάρμοσε τη μέθοδο σε μια συνδυασμένη μελέτη σε πέντε μετεωρίτες. Το αποτέλεσμα που έλαβε ήταν 4,55 ± 0,07 δισεκατομμύρια χρόνια. Ένας από τους μετεωρίτες ήταν ο σιδερένιος μετεωρίτης Canyon Diablo, η πρόσκρουση του οποίου ήταν υπεύθυνη για το σχηματισμό του κρατήρα Meteor (επίσης αποκαλούμενου κρατήρα Barringer) στην Αριζόνα πριν από περίπου 50.000 χρόνια. Το πλήθος των ημερομηνιών που αφορούν μετεωρίτες φτάνει τώρα τις εκατοντάδες.Ποια μέθοδος χρησιμοποιείται εξαρτάται από τον τύπο του μετεωρίτη. Οι πέτρινοι μετεωρίτες χρονολογούνται κυρίως χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ρουβιδίου-στροντίου, τη μέθοδο μολύβδου-μολύβδου και τη μέθοδο σαμαρίου-νεοδυμίου. Εκτός από τη μέθοδο μολύβδου-μολύβδου, η μέθοδος ρηνίου-οσμίου χρησιμοποιείται επίσης για μετεωρίτες σιδήρου.Οι περισσότεροι μετεωρίτες αποδίδουν ηλικία μεταξύ 4,5 και 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Η διαφορά ηλικίας εξηγείται ως ο χρόνος που χρειάστηκε για να συσσωρευτεί το ηλιακό νεφέλωμα στον Ήλιο και τους πλανήτες. Ένα άλλο εξωγήινο σώμα που δεν έχει υποστεί διαφοροποιήσεις λόγω της ύπαρξης τεκτονικών πλακών ή καιρικών συνθήκων είναι η Σελήνη. Οι βράχοι που επέστρεψαν από τις αποστολές του Απόλλωνα από τη Σελήνη μπορούν να χρονολογηθούν με μεγάλη ακρίβεια και είναι το πολύ 4,4 έως 4,5 δισεκατομμυρίων ετών. Μετεωρίτες που είναι ύποπτοι ότι προέρχονται από τον Άρη είναι επίσης ηλικίας περίπου 4,5 δισεκατομμυρίων ετών, σύμφωνα με μετρήσεις μολύβδου-μολύβδου. Περιεχόμενα πλούσια σε ασβέστιο και αλουμίνιο από μετεωρίτες έχουν χρονολογηθεί στα 4.567 δισεκατομμύρια χρόνια , καθιστώντας τα τα παλαιότερα γνωστά υλικά στο ηλιακό σύστημα. Πιστεύεται ότι η συσσώρευση που σχημάτισε τη Γη συνέβη λίγο μετά το σχηματισμό αυτών των εγκλεισμάτων. Το γεγονός ότι όλες αυτές οι μετρήσεις ταιριάζουν λίγο πολύ οδήγησε τους επιστήμονες να υποθέσουν ότι η Γη και το υπόλοιπο ηλιακό σύστημα σχηματίστηκαν πριν από 4,58 έως 4,53 δισεκατομμύρια χρόνια. Ηλιοσεισμολογία Οι ηλικίες που βρέθηκαν έτσι επιβεβαιώνονται από τη μελέτη του Ήλιου. Ο Ήλιος μπορεί να χρονολογηθεί χρησιμοποιώντας ηλιοσεισμολογία και τα αποτελέσματα που λαμβάνονται είναι σύμφωνα με την εποχή των μετεωριτών. Γη Ήλιος Τεκτονικές Πλάκες Φλοιός της Γης Μανδύας της Γης Πυρήνας της Γης Ηλιοσεισμολογία (en) Baadsgaard, H.; Lerbekmo, J.F. & Wijbrans, J.R.; 1993: Multimethod radiometric age for a bentonite near the top of the Baculites reesidei Zone of southwestern Saskatchewan (Campanian-Maastrichtian stage boundary?), Canadian Journal of Earth Sciences 30, p. 769-775. (en) Baadsgaard, H. & Lerbekmo, J.F.; 1988: A radiometric age for the Cretaceous-Tertiary boundary based on K-Ar, Rb-Sr, and U-Pb ages of bentonites from Alberta, Saskatchewan, and Montana, Canadian Journal of Earth Sciences 25, p. 1088-1097. (en) Bonanno, A.; Schlattl, H. & Paterno, L.; 2008: The age of the sun and relativistic corrections in the EOS, [1] (en) Carlson, R.W. & Tera, F.; 1998: Lead-Lead Constraints on the time scale of early planetary differentiation. Origin of Earth and Moon Conference, Lunar and Planetary Society. PDF samenvatting (en) Dalrymple, G. Brent,1991: " The Age of the Earth." Stanford University Press. 477pp. (en) Goodwin, M.B. & Deino, A.L., 1989: The first radiometric ages from the Judith River Formation (Upper Cretaceous), Hill County, Montana, Canadian Journal of Earth Sciences 26, p.1384-1391. (en) Harper Jr, C.W.; 1980: Relative age inference in paleontology. Lethaia 13, p.239-248. (en) Lewis, C.L.E. & Knell, S.J. eds; 2001: The age of the Earth: from 4004 BC to AD 2002. Geological Society, London, Special Publication, 190,288 pp. (en) Powell, J.L.; 2001: Mysteries of Terra Firma: the Age and Evolution of the Earth, Simon & Schuster, ISBN 0-684-87282-X. (en) Tera, F.; 1980: Reassessment of the “Age of the Earth”., Carnegie Institution of Washington Year book, 79, p. 524-531. (en) Terada, K. & Sano, Y.; 2001: In-situ ion microprobe U-Pb dating of phosphates in H-chondrites, Proceedings of the 11th Annual W.M. Goldschmidt Conference, Lunar and Planetary Society. PDF samenvatting (en) Wilde, S.A.; Valley, J.W.; Peck, W.H. & Graham, C.M.; 2001: Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago, Nature 409, pp. 175-178. (en) Wyche, S.; Nelson, D.R. & Riganti, A.; 2004: 4350–3130 Ma detrital zircons in the Southern Cross Granite–Greenstone Terrane, Western Australia: implications for the early evolution of the Yilgarn Craton, Australian Journal of Earth Sciences 51 (en) USGS, 1997: Age of the Earth (en) J.W. Valley, W.H. Peck, E.M. King, 1999: Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago Αρχειοθετήθηκε 2012-03-16 στο Wayback Machine., Zircons Are Forever, in The Outcrop for 1999, Universiteit van Wisconsin-Madison.