地球の年齢
現在、地球の年齢は放射年代測定によって求めるのが一般的である。これは、岩石の中に含まれる放射性同位体の量を調べる方法で、地球の年齢を調べるにはその中でもウラン-鉛法(U-Pb法)、カリウム-アルゴン法(K-Ar法)、ルビジウム-ストロンチウム法(Rb-Sr法)などが用いられる。
放射性同位体はそれぞれ決められた崩壊定数 λ を持ち、時がたつにつれ放射性崩壊によって原子の数を減らしてゆく。現時点での原子数を N、岩石ができた時点(時間 t = 0)の原子数を N0 とおくと、
N = N 0 e − λ t {\displaystyle N=N_{0}e^{-\lambda t}} ...(1)
という式が成り立つ。この式を利用して、岩石の年代 t を求める。
ルビジウム-ストロンチウム法での例を示す。ルビジウムRbの同位体は次のような崩壊を起こし、RbがSrへと変化する。
87 Rb → 87 Sr + β − {\displaystyle {}^{87}{\hbox{Rb}}\;\to \;^{87}{\hbox{Sr}}\;+\;\beta ^{-}}
このRbに対して(1)式を用いると、
87 Rb = ( 87 Rb ) 0 e − λ t {\displaystyle {}^{87}{\hbox{Rb}}\ =({}^{87}{\hbox{Rb}})_{0}e^{-\lambda t}} ...(2)
となり、これを(Rb)0について解くと、
1960年、ジョン・レイノルズは隕石中にexcess Xeを発見した。その後、これはIが放射性崩壊したものであることが確かめられ、実際に隕石にIが含まれていることも確認された。
Iは太陽系誕生以前の超新星爆発で作られたものである。このことから隕石は、原始太陽系星雲の誕生から数千万年程度までの期間に形づくられたことを示している。
一方、現在の地球ではヨウ素はほとんどIであるが、過去にはIも相当量存在していたと考えられている。カート・マルティは1976年隕石と地球大気の分析結果から、現在の地球大気に含まれるXeのうち約5.2%は、Iの崩壊で生まれたものだと発表した。さらに五十嵐丈二は1995年、地球大気中のXeには、Puの核分裂から生まれたものが2.8±1.3%含まれていることを確かめた。
以上のデータを元に、地球誕生時のIとPuの量を求めることで、地球と隕石の比較ができる。その結果、I - Puグラフ上で、地球と隕石は同じ直線状に乗り、さらに地球は隕石誕生から約1億年後に誕生したという結論が得られた。ただし、地球大気の他の希ガスに対するXeの割合は隕石のそれに比べて極端に低いという特徴があり、それを考慮に入れると地球の誕生は隕石誕生から数千万年後となる。
また、ハフニウムとタングステンの同位体比の研究から、隕石が誕生してから地球のコアが形成されるまでに1億年程度の年月があったのではないかと考えられている。
クレア・パターソンは、鉄隕石にはウランがほとんど含まれていないため、地球が誕生した当時の鉛同位体比がそのまま保存されていると考え、鉄隕石の鉛同位体比の測定に関して研究した。そして1956年、アリゾナで採集されたキャニオン・ディアブロ隕石の鉛同位体比と、現在の花崗岩と玄武岩の値を比較することで、地球の年齢について、45億1000万年、45億6000万年という2つの値を導き出した(フーテルマンスも同じ時期に似た値を導いている)。
これ以後、新たに発案されたルビジウム-ストロンチウム法などによっても測定されたが、数値に関して大きな差異はないため、現在ではおおよそ上記の値が隕石の年齢として認知されている。
ここで問題となったのが、果たして地球と隕石は同じ起源を持つと考えてよいのかという点である。パターソンは、深海堆積物は長年にわたって近くから岩石を削り取ったものの集まりなのだから、これを地球の地殻物質の平均と考えてよいとした。そして深海堆積物における鉛の同位体比は隕石で求めたアイソクロンと同じ線上に乗ることを確かめた。このことによって、地球と隕石は同じ物質から形成されたと結論づけた。
しかしその後のデータから、深海堆積物の鉛同位体比は、地球や地殻物質の平均値とはみなせないとの研究結果が出てくるようになっている。
代わって、キセノン、ヨウ素、プルトニウムの同位体比から地球と隕石の関係を求める動きもある。