Jordens alder

Moderne geologer og geofysikere fastsætter Jordens alder til at være omkring 4,54 milliarder år  Denne alder er blevet bestemt ved radiometrisk datering af meteoritmateriale og stemmer overens med alderen på de ældste kendte klipper på Jorden og Månen.

Efter den videnskabelige revolution og udviklingen af radiometrisk aldersbestemmelse, viste målinger af blyforekomster i uranrige mineraler, at nogle af disse var mere end en milliard år gamle. De ældste sådanne mineraler, som indtil nu er blevet analyseret, er små krystaller af zirkon fra Jack Hills i det vestlige Australien, der er mindst 4,404 milliarder år gamle. Sammenligning mellem Solens masse og luminositet og de utallige andre stjerner, lader til at vise, at solsystemet ikke kan være meget ældre end disse klipper. Ca-Al-rige inklusioner (inklusioner rige på calcium og aluminium) – de ældst kendte faste stoffer i de meteoriter, som er dannet i solsystemet – er 4,567 milliarder år gamle, hvilket giver solsystemets alder og en øvre grænse for Jordens alder. Det menes, at sammenkitningen af Jorden begyndte kort efter, at disse inklusioner og meteoritter blev dannet. Eftersom det ikke vides nøjagtigt, hvor lang tid det tog at danne Jorden, og forudsigelserne fra forskellige modeller af processen viser en varighed på fra nogle få millioner og op til omkring 100 millioner år, er Jordens præcise alder vanskelig at bestemme. Det er også vanskeligt at fastsætte den nøjagtige alder på de ældste klipper på Jorden, eftersom de er sammensat af mineraler, som muligvis har forskellig alder. Acasta Gneiss i det nordlige Canada kan være de ældste kendte klipper fra Jordens skorpe, som stadig findes på dens overflade.

I århundrederne inden den videnskabelige revolution brugte europæerne information fra Bibelen til at bestemme jordens alder, og der findes stadig religiøse grupper, som kun accepterer teologiske estimater, baseret på oplysningerne i deres hellige skrifter.

Religiøse og trosmæssige opfattelser 
Puranahinduer tror, at universet skabes, tilintetgøres og skabes igen i en uendeligt gentaget cyklus. I den hinduistiske kosmologi eksisterer hvert univers ca. 4.320.000.000 år (hvilket svarer til en dag for skaberen, Brahma). Derefter ødelægges det af ild og vand, og Brahma hviler i en nat af samme længde som dagen. Denne proces kendes som pralaya, og den gentages i 100 Brahma-år (Brahmas livslængde) – hvilket altså kan omregnes til 311 trillioner menneskeår. Ifølge hinduernes tidsregning er vi i den nuværende Brahmas 51. år, hvorfor det er 155 trillioner år siden, at han fødtes som Brahma. Efter hans død vil der gå 100 Brahma-år, inden skabelsen finder sted på ny. Ifølge hinduismen gentages denne proces i al evighed.

Hankineserne mente, at jorden blev skabt og ødelagt i cykliske perioder, som varede mere end 23 millioner år (Ma). Tankegangen bag disse meget lange tidsrum fra menneskets skabelse og den lange periode frem i tiden, efter at mennesket var forsvundet, var ukendt i Europa. Ifølge græsk, germansk og keltisk mytologi er jorden kun et par tusinde år gammel, og Toraen og Bibelen angiver en alder på linje hermed. I flere århundreder troede videnskabsmænd og teologer fra vesten således, at Jorden ikke kunne være ældre end nogle tusind år. En undtagelse var Aristoteles, som var af den opfattelse, at Jorden og universet var uendelig gammelt.

Under Reformationen prøvede man at beregne Jordens alder ved at foretage beregninger af tidslinjer ud fra den information, man fandt i Bibelen. Tidslinjerne kunne sammenstilles ved hjælp af aneregistrene i Første Mosebog. Mellem de forskellige teologers beregninger var der en forskel på nogle tiår, men på den tid, da de blev udført (ca. 1550), blev det anslået, at alderen var ca. 5.500 år. Tycho Brahes elev Longomontanus beregnede, at skabelsen var sket i år 3.967 f.Kr.<ref name="Høg">

Rutherford antog, at radiums henfaldstid ifølge Ramsay og Soddys bestemmelse var nøjagtig, og at helium ikke undslap fra klippeprøven i tidens løb. Dette viste sig at være fejlbehæftede forudsætninger, men det var et nyttigt første skridt.

Boltwood fokuserede på slutprodukterne af henfaldsserierne og foreslog i 1905, at bly var det endelige og stabile slutprodukt fra henfald af radium. Det var allerede kendt, at radium var et mellemprodukt fra henfald af uran. Rutherford bidrog med at skitsere en henfaldsproces, hvor radium ved udsendelse af fem alfapartikler gennem forskellige mellemprodukter endte som bly og overvejede, om denne radium-bly-henfaldskæde kunne bruges til at datere klippeprøver. Boltwood gjorde arbejdet og havde ved slutningen af 1905 dateret 26 forskellige klippeprøver til aldre mellem 92 og 570 millioner år. Han offentliggjorde ikke disse resultater, hvilket var heldigt, eftersom de var fejlagtige på grund af målefejl og dårlige estimater af radiums halveringstid. I stedet forfinede han sit arbejde og offentliggjorde resultaterne i 1907.

Boltwoods skrift påpegede, at prøver taget fra sammenlignelige stratalag havde et ensartet bly-uran-forhold, og at prøver fra ældre lag indeholdt en større mængde bly, bortset fra tilfælde, hvor der var bevis for, at bly var blevet udfældet fra prøven. Hans undersøgelser var imidlertid stadig unøjagtige, fordi henfaldsserierne for thorium ikke var helt klarlagt, så prøver med indhold af både uran og thorium gav forkerte resultater. Alligevel var hans beregninger de mest nøjagtige, som hidtil havde været foretaget. Forbedringer i teknikken betød senere, at Boltwoods 26 prøver havde aldre fra 250 millioner til 1,3 milliarder år.

Arthur Holmes' bidrag til radiometrisk datering 
Skønt Boltwood offentliggjorde sin afhandling i et fremtrædende geologisk tidsskrift, udviste geologerne meget lidt interesse for radioaktivitet. Boltwood opgav sit arbejde med radiometrisk datering og kastede sig over undersøgelse af andre henfaldsserier. Rutherford forblev lettere nysgerrig omkring emnet Jordens alder, men viede det kun i ringe grad arbejde.

Robert Strutt beskæftigede sig sporadisk med Rutherfords heliummetode til 1910 og stoppede derefter, men hans elev Arthur Holmes blev interesseret i radiometrisk datering og fortsatte arbejdet med det, efter at alle andre havde opgivet det. Holmes fokuserede på datering baseret på bly, fordi han anså heliummetoden for lidet lovende. Han foretog målinger af klippeprøver og konkluderede i 1911, at den ældste (en prøve fra Ceylon) var omkring 1,6 milliarder år gammel. Beregningerne var ikke særligt troværdige, idet han f.eks. antog, at prøverne udelukkende havde indeholdt uran og intet bly, da de dannedes.

Af stor vigtighed var det, at der i 1913 fremkom undersøgelser, som viste, at grundstofferne i almindelighed forekommer i mange varianter, "isotoper", med forskellig masse, hvilket i 1930'erne vistes at skyldes, at deres kerner har forskellige antal af de neutrale partikler, som kaldes "neutroner". Samme år offentliggjordes andre forskningsresultater, som fastlagde reglerne for radioaktivt henfald, og gav mulighed for mere præcis bestemmelse af henfaldsserier.

Mange geologer følte, at disse nye opdagelser gjorde radiometrisk datering så kompliceret, at den var værdiløs, men Holmes var af den opfattelse, at de gav ham værktøjer til at forbedre teknikkerne, og han drev sin forskning videre og offentliggjorde resultater før og efter 1. verdenskrig. Hans arbejde blev i almindelighed overset indtil 1920'erne, omend Joseph Barrell, en geologiprofessor ved Yale, i 1917 reformulerede den geologiske historie, som den blev forstået på denne tid, så den var overensstemmende med Holmes' resultater fra radiometrisk datering. Barrells forskning viste, at ikke alle stratalag var aflejret med samme hast, hvorfor hastigheden af nutidens geologiske ændringer ikke kunne bruges til at udforme nøjagtige tidslinjer for Jordens historie.

Holmes' udholdenhed begyndte endelig at give resultat i 1921, da talere ved årsmødet i Den britiske forening til videnskabens fremme nåede til bred enighed om, at Jorden var nogle få milliarder år gammel, og at radiometrisk datering var troværdig. Holmes udgav The Age of the Earth, an Introduction to Geological Ideas i 1927, hvori han angav et aldersinterval for Jorden på fra 1,6 til 3 milliarder år. Da han var fysiker, tog geologerne ikke dette til sig, så der skete ikke noget stort gennembrud for radiometrisk datering før i 1931, da den voksende mængde beviser fik National Research Council i USA's National Academy of Sciences til at søge et endeligt svar på spørgsmålet om Jordens alder og nedsatte en komite til at undersøge det. Holmes, som var en af de få, der var uddannet i radiometriske dateringsteknikker, var medlem af komiteen og skrev i virkeligheden det meste af dens endelige rapport.

Rapporten konkluderede, at radioaktiv datering var den eneste pålidelige måde at fastlægge geologiske tidslinjer på. Indvendinger om partiskhed ved denne konklusion kunne afvises på grund af den store og nøjagtige detaljrigdom i rapporten, som beskrev de anvendte metoder, den nøjagtighed som målingerne blev foretaget med og deres fejlkilder og begrænsninger.

Moderne radiometrisk datering 
Radiometrisk datering er stadig den mest anvendte metode til aldersdatering af geologiske tidslinjer, og de anvendte teknikker er blevet afprøvet og finjusteret i de seneste mere end 50 år. Der findes nu omkring fyrre forskellige dateringsteknikker, som bruges ved aldersbestemmelse af en bred vifte af stoffer, og teknikkerne giver stor overensstemmelse i resultatet, når de anvendes på samme prøve.

Der er problemer omkring forurening af prøverne, men disse er blevet undersøgt og kan undgås. Blandt andet begrænses risikoen ved omhyggelige procedurer omkring forbehandling af prøvestykkerne. Der udføres dagligt mange tusinde målinger med stor præcision og nøjagtige resultater, og forskningen fortsætter med at forfine og forbedre metoderne.

Brug af meteoritter 
Jordens nugældende alment accepterede alder fastsattes af C.C. Patterson og offentliggjordes i 1956 på grundlag af datering af adskillige meteoritter, herunder Canyon Diablo-meteoritten, ved hjælp af uran-bly isotoper (helt præcist såkaldt bly-bly-datering).

Bedømmelsen af Canyon Diablo-meteoritten, der af flere vigtige grunde har været mest udslagsgivende ved fastsættelsen af Jordens alder, er bygget på den forståelse af de kemiske forhold i kosmos, som er opbygget ved forskning i mange tiår. De fleste geologiske prøver fra Jorden kan ikke give et direkte tidspunkt for Jordens dannelse af den oprindelige urtåge, fordi Jorden har undergået en stofdifferentiering, som har skabt dens kerne, kappe og skorpe, og disse har derefter været gennem en lang historie af opblanding, bl.a. ved pladetektonik, forvitring og hydrotermisk cirkulation.

Alle disse processer kan have forstyrrende indvirkning på de isotopiske dateringsmetoder, fordi en prøve ikke altid kan antages at have været et lukket system, hvormed menes, at hverken oprindelige eller afledte nuklider (atomkerner karakteriseret ved antallet af neutroner og protoner) er undsluppet fra prøven, hvilket vil forrykke den endelige, isotopiske datering. For at imødegå denne virkning dateres sædvanligvis flere mineraler fra samme prøve for at opnå en isokron. Alternativt anvendes flere forskellige dateringsmetoder på den samme prøve for at bekræfte dateringen.

Nogle meteoritter anses for at bestå af det mere primitive materiale fra den oprindelige skive, som solsystemet dannedes af. Nogle af disse har (for visse isotopiske systemer) været lukkede systemer fra ganske kort tid efter, at urtågen og planeterne dannedes. Disse antagelser understøttes af mange videnskabelige undersøgelser og gentagne dateringer og er i hvert fald mere robuste hypoteser end at gå ud fra, at en klippe fra Jorden har bevaret sin oprindelige sammensætning.

Alligevel er det lykkedes at benytte blymalm (bestående af blyglans) fra æonen Arkæikum til at datere Jordens dannelse. Denne malm udgør de tidligst dannede blymineraler og ligeledes de tidligste, homogene bly-bly-isotopsystemer på planeten. Målingerne har give en aldersdatering på 4,54 milliarder år med en fejlmargin på så lidt som 1%.

Canyon Diablo-meteorittens særlige betydning 

Canyon Diablo-meteoritten har været en primær kilde til fastlæggelse af Jordens alder, fordi det er en meget stor klump af en særlig sjælden meteorittype, som både indeholder sulfidmineraler (særligt jernsulfid, FeS), metalliske nikkel-jern-legeringer og silikater.

Det er vigtigt, fordi tilstedeværelsen af de tre mineraltyper giver mulighed for at undersøge dateringen af isotoperne ved prøvestykker, som udviser stor forskel i koncentrationen af primære og afledte nuklider. Det gælder i særlig grad for uran og bly. Bly er stærkt chalcofilt og optræder i sulfid i meget større koncentration end i silikat, modsat uran. Den store forskel i de primære og afledte nuklider ved meteorittens dannelse har derfor givet mulighed for en mere præcis datering af urtågens – og dermed planeternes – dannelse end nogensinde før..

Canyon Diablo-dateringen er nu bekræftet af hundredvis af andre dateringer, både fra prøver af klipper fra Jorden og fra andre meteoritter. Meteoritprøverne viser imidlertid et aldersinterval fra 4,53 til 4,58 milliarder år, og dette tolkes som udtryk for den tid, der gik, fra urtågen dannedes, og til den faldt samme og dannede Solen og planeterne. Dette tidsrum på 50 millioner år er langt nok til, at planeterne kunne samles af det oprindelige stof i tågen.

Apollo missionerne har hjembragt klippeprøver fra Månen, som ikke har pladetektonik, og som ikke har nogen atmosfære af betydning, og de har givet helt præcise aldersdateringer i intervallet 4,4 til 4,5 milliarder år. Eftersom måneprøverne ikke har været udsat for forvitring, pladetektonik eller påvirkning fra levende organismer, kan de også benyttes til datering ved direkte undersøgelse i elektronmikroskop af spor efter kosmisk stråling. Akkumuleringen af de forstyrrelser, som skabes, når klipperne rammes af kosmiske stråler med høj energi, giver endnu en bekræftelse af de isotopiske dateringer. Datering ved kosmisk stråling kan kun bruges på materiale, som ikke har været smeltet, fordi smeltningen tilintetgør materialets krystalstruktur og sletter de spor, partiklerne har afsat.

Også meteoritter fra Mars, som er fundet på Jorden, er ved bly-bly-datering fundet at være omkring 4,5 milliarder år.

Alt i alt støtter overenstemmelserne mellem aldersbestemmelsen af både de tidligste blyaflejringer på Jorden og af alle andre aflejringer i solsystemet, som kendes indtil nu, den hypotese, at Jorden og solsystemet i øvrigt dannedes for mellem 4,53 og 4,58 milliarder år siden.

Helioseismisk bekræftelse 
Den radiometriske datering af meteoriter kan verificeres fra undersøgelser af Solen. Solens alder kan bestemmes ved "helioseismologiske" metoder, som giver stor overensstemmelse med de radiometriske dateringer af de ældste meteoritter.

Se også 
 Universets alder
 Geokronologi
 Jordens historie
 Ældste klippe

Kilder

Bibliografi 
 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, v.30, p. 769–775.
 Goodwin, M.B. and Deino, A.L., 1989. The first radiometrisk ages from the Judith River Formation (Upper Cretaceous), Hill County, Montana. Canadian Journal of Earth Sciences, v.26, p. 1384–1391.
 Gradstein, F. M.; Agterberg, F.P.; Ogg, J.G.; Hardenbol, J.; van Veen, P.; Thierry, J. and Zehui Huang., 1995. A Triassic, Jurassic and Cretaceous time scale. IN: Bergren, W. A. ; Kent, D.V.; Aubry, M-P. and Hardenbol, J. (eds.), Geochronology, Time Scales, and Global Stratigraphic Correlation. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Special Publication No. 54, p. 95–126.
 Harland, W.B., Cox, A.V.; Llewellyn, P.G.; Pickton, C.A.G.; Smith, A.G.; and Walters, R., 1982. A Geologic Time Scale: 1982 edition. Cambridge University Press: Cambridge, 131p.
 Harland, W.B.; Armstrong, R.L.; Cox, A.V.; Craig, L.E.; Smith, A.G.; Smith, D.G., 1990. A Geologic Time Scale, 1989 edition. Cambridge University Press: Cambridge, p. 1–263. 
 Harper, C.W., Jr., 1980. Relative age inference in paleontology. Lethaia, v.13, p. 239–248.
 Lubenow, M.L., 1992. Bones of Contention: A Creationist Assessment of Human Fossils. Baker Book House: Grand Rapids.
 Obradovich, J.D., 1993. A Cretaceous time scale. IN: Caldwell, W.G.E. and Kauffman, E.G. (eds.). Evolution of the Western Interior Basin. Geological Association of Canada, Special Paper 39, p. 379–396.
 Palmer, Allison R. (compiler), 1983. The Decade of North American Geology 1983 Geologic Time Scale. Geology, v.11, p. 503–504. September 12, 2004.
 Powell, James Lawrence, 2001, Mysteries of Terra Firma: the Age and Evolution of the Earth, Simon & Schuster,

Eksterne henvisninger 
 Jordens alder før og nu. Artikel i Geologisk Nyt 
 TalkOrigins.org
 Vectorsite.net – Den oprindelige version af denne artikel baseredes på en tekst i "public domain" af Greg Goebel
 USGS preface on the Age of the Earth
 NASA exposition on the age of Martian meteorites
 "Aging the Earth", BBC Radio 4 In Our Time series, 2003

Geologi