JAK STARý JE ZEMĚ?

Send

Tento článek pochází z archivu Space Magazine, ale byl aktualizován tímto spiffy videem.

Jak starý je Země? Vědci si myslí, že Země je stará 4,54 miliardy let. Samozřejmě to není náhoda; Slunce a planety se utvořily dohromady z rozptýleného oblaku vodíkových miliard před lety.

V rané sluneční soustavě se všechny planety tvořily v sluneční mlhovině; zbytky zbylé z formace Slunce. Malé částice prachu se shromažďovaly společně do větších a větších objektů - oblázky, kameny, balvany atd. - dokud v sluneční soustavě nebylo mnoho planet. Tyto planetoidy se srazily a nakonec se dostaly dohromady, aby se staly zeměmi.

V určitém okamžiku rané historie Země narazil na naši planetu planetoid o velikosti Marsu. Výsledná srážka poslala trosky na orbitu, která se nakonec stala Měsícem.

Jak vědci vědí, že Země má 4,54 miliardy let? Je vlastně obtížné říci z povrchu planety, protože tektonika desek neustále mění svůj povrch. Starší části povrchu sklouznou pod novější desky, aby se mohly recyklovat v jádru Země. Nejstarší horniny, jaké kdy byly na Zemi, jsou staré 4,0 až 4,2 miliardy let.

Vědci předpokládají, že veškerý materiál ve Sluneční soustavě vznikl současně. Byly vytvořeny různé chemikálie a konkrétně radioaktivní izotopy. Protože se rozkládají velmi známým tempem, lze tyto izotopy měřit, aby se určilo, jak dlouho tyto prvky existují. A studiem různých meteoritů z různých míst ve Sluneční soustavě vědci vědí, že různé planety vznikly ve stejnou dobu.

Neúspěšné metody pro výpočet věku Země
Naše současná, přesná metoda měření věku Země přichází na konci dlouhé řady odhadů provedených prostřednictvím historie. Chytří vědci objevili rysy o Zemi a Slunci, které se postupem času mění, a poté spočítali, jak stará je planeta Země. Bohužel byli všichni chybní z různých důvodů.

Klesající hladiny moře - Benoit de Maillet, francouzský antropolog, který žil v letech 1656-1738 a hádal (nesprávně), že fosílie ve vysokých výškách znamenaly, že Země byla kdysi pokryta velkým oceánem. Tento oceán vzal 2 miliardy let odpařit na současnou hladinu moře. Vědci to opustili, když si uvědomili, že hladina moře přirozeně stoupá a klesá.
Chlazení Země – William Thompson, později známý jako lord Kelvin, předpokládal, že Země byla kdysi roztavenou koulí skály se stejnou teplotou Slunce, a od té doby chladí. Na základě těchto předpokladů Thompson spočítal, že Země někde vzala 20 a 400 milionů let vychladnout na aktuální teplotu. Thompson samozřejmě učinil několik nepřesných předpokladů, týkajících se teploty Slunce (ve skutečnosti je to 15 milionů stupňů Kelvina), teploty Země (s roztaveným jádrem) a toho, jak je Slunce vyrobeno z vodíku a Země je vyrobené ze skály a kovu.
Chlazení Slunce - V roce 1856 se německý fyzik Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz pokusil vypočítat věk Země ochlazením slunce. Vypočítal, že by slunce vzalo 22 milionů let kondenzovat na svůj aktuální průměr a teplotu z rozptýleného oblaku plynu a prachu. I když to bylo nepřesné, Helmholtz správně zjistil, že zdroj slunečního tepla byl poháněn gravitačním stahem.
Eroze - Ve své knize Původ druhů přírodními prostředky Charles Darwin navrhl, aby eroze křídy mohla umožnit výpočet minimálního věku planety. Darwin odhadl, že křída v anglické Wealdské oblasti mohla mít 300 milionů let počasí do jeho aktuální podoby.

Orbita měsíce - George Darwin, syn Charlese Darwina, hádal, že Měsíc mohl být vytvořen ze Země a odletěl na své současné místo. Teorie štěpení navrhovala, že rychlá rotace Země způsobila, že se část planety rozpadla do vesmíru. Darwin spočítal, že to trvalo alespoň měsíc 56 milionů let dosáhnout své aktuální vzdálenosti od Země. Nyní víme, že Měsíc byl pravděpodobně vytvořen, když se před miliardami let na Zemi rozbil objekt velikosti Mars.
Slanost oceánu - V roce 1715 slavný astronom Edmund Halley navrhl, že slanost oceánů by mohla být použita k odhadu věku planety. Halley pozoroval, že oceány a jezera napájená potoky neustále přijímají více soli, která se poté, co se voda odpařila, nalepila kolem. Postupem času bude voda slanější a slanější, což umožní odhadnout, jak dlouho tento proces trvá. Různí geologové použili tuto metodu k hádání, že Země je mezi Staré 80 a 150 milionů let. Tato metoda byla chybná, protože si vědci neuvědomili, že geologické procesy těží i sůl z vody.

Radiometrické seznamování poskytuje přesnou metodu, jak poznat věk Země
V roce 1896 objevil francouzský chemik A. Henri Becquerel radioaktivitu, proces, kdy se materiály rozkládají na jiné materiály a uvolňují energii. Geologové si uvědomili, že vnitřek Země obsahoval velké množství radioaktivního materiálu, a to by odhazovalo jejich výpočty na věk Země. Ačkoli tento objev odhalil nedostatky v předchozích metodách výpočtu věku Země, poskytl novou metodu: radiometrické datování.

Geologové objevili, že radioaktivní materiály se rozpadají na další prvky velmi předvídatelnou rychlostí. Některé materiály se rychle rozkládají, zatímco jiné mohou trvat miliony nebo dokonce miliardy let, než se úplně rozpadnou. Ernest Rutherford a Frederick Soddy, kteří pracují na McGill University, určili, že polovina jakéhokoli izotopu radioaktivního prvku se rozloží stanoveným tempem na jiný izotop. Například, pokud máte stanovené množství Thoria-232, polovina z toho se rozpadne za miliardu let, a pak polovina z tohoto množství se rozpadne za dalších miliardu let. Toto je zdroj pojmu „poločas“.

Měřením poločasů radioaktivních izotopů byli geologové schopni sestavit měřicí žebřík, který jim umožnil přesně spočítat věk geologických formací, včetně Země. Rozpad uranu použili na různé izotopy olova. Měřením množství tří různých izotopů olova (Pb-206, Pb-207 a Pb-208 nebo Pb-204) mohou geologové spočítat, kolik původně bylo ve vzorku materiálu uran.

Pokud je sluneční soustava tvořena společným souborem látek s rovnoměrně rozloženými izotopy Pb, měly by všechny objekty z tohoto souboru látek vykazovat podobná množství izotopů. V průběhu času se také mění množství Pb-206 a Pb-207, protože protože tyto izotopy jsou konečnými produkty rozpadu uranu. Tím se mění množství olova a uranu. Čím vyšší je poměr uranu a olova v hornině, tím více hodnot Pb-206 / Pb-204 a Pb-207 / Pb-204 se s časem mění. Nyní, za předpokladu, že zdroj Sluneční soustavy byl také rovnoměrně distribuován isotopy uranu, pak můžete nakreslit datovou linku ukazující graf závislosti na uranu a ze sklonu linky množství času, který uplynul od té doby fond hmoty se rozdělil na jednotlivé objekty lze vypočítat.

Bertram Boltwood použil tuto metodu datování na 26 různých vzorků hornin a zjistil, že byly vytvořeny mezi nimi Staré 92 a 570 milionů let, a další zdokonalení techniky dalo věky mezi 250 milionů až 1,3 miliardy let.

Geologové se pustili do objevování Země a hledali nejstarší skalní útvary na planetě. Nejstarší povrchová hornina se nachází v Kanadě, Austrálii a Africe s věkem v rozmezí od 2,5 až 3,8 miliardy let. Nejstarší hornina byla objevena v Kanadě v roce 1999 a odhaduje se na něco přes 4 miliardy let.

To stanovilo minimální věk pro Zemi, ale díky geologickým procesům, jako je zvětrávání a tektonika desek, by to mohlo být ještě starší.

Meteority jako konečná odpověď na věk Země
Problém s měřením stáří hornin na Zemi spočívá v tom, že se planeta neustále mění geologicky. Desková tektonika neustále recykluje části Země, mísí ji a navždy skrývá nejstarší oblasti planety. Ale za předpokladu, že všechno ve sluneční soustavě vytvořené současně, meteority ve vesmíru nebyly ovlivněny povětrnostními a deskovými tektoniky zde na Zemi.

Geologové použili tyto nedotčené objekty, jako je meteorit Canyon Diablo (fragmenty asteroidů, které dopadly na Barringerův kráter), jako způsob, jak se dostat do skutečného věku Sluneční soustavy, a tedy Země. Použitím radiometrického datovacího systému na těchto meteoritech byli geologové schopni určit, že Země je 4,54 miliardy roků starý v rozmezí chyby asi 1%.

Zdroje:
Porozumění Science - Lord Kelvin
USGS Věk Země
Zlomené vědecké hodiny lorda Kelvina
Úloha radioaktivního rozkladu
Astronomie Cast Episode 51: Earth
Nejstarší nalezené skalní útvary