Сколько лет Земле?

Каков возраст Земли? Ученые полагают, что возраст Земли составляет 4.54 миллиарда лет. Кстати, этот возраст такой же, как и у других планет Солнечной системы и Солнца. Естественно, это не случайно; Солнце и все планеты образованы из диффузного облака водорода много миллиардов лет назад.

Планета Земля 4.5 млрд. лет назад и сейчас

В молодой Солнечной системе планеты сформировались в солнечной туманности - части, оставшиеся после рождения Солнца. Крошечные частицы пыли собирались вместе во все большие и большие объекты - гальку, скалы, валуны, и пр. - до тех пор, пока в Солнечной системе не накопилось много астероидов. Эти астероиды сталкивались вместе, и в конечном итоге их накопилось достаточно, чтобы образовалась Земля.

Однажды, в доисторические времена, астероид с размерами Марса врезался в Землю. В результате чего на орбиту попало множество осколков, образовавших Луну.

Как утверждают ученые, возраст Земли составляет 4.54 миллиарда лет. На самом деле это трудно определить, только по поверхности планеты, так как тектоника плит постоянно изменяет ее поверхность. Старые части поверхности слайда под новыми пластинами перерабатываются земным ядром. Возраст самых древних пород, найденных когда-либо на Земле, составляет 4,0 - 4,2 миллиарда лет.

Эволюция Земли

Ученые полагают, что все объекты в Солнечной системе сформированы в одно время. Разнообразные химические вещества, в том числе и радиоактивные изотопы, сформировались одновременно. Так как скорость их распада известна, их можно исследовать, для определения, возраста элементов. И, изучая разные метеориты из разнообразных мест Солнечной системы, ученые узнали, что совершенно разные планеты появились одновременно.

Неудачные методики расчетов возраста Земли

Текущие, методики измерения возраста Земли прошли множество оценок, проверенных историей. Ученые обнаруживают особенности Земли и Солнца, изменяющиеся со временем, а потом подсчитывают, сколько лет планета просуществовала от этого момента. К сожалению, все они имели свои недостатки из разных причин.

• Снижение уровня морей - французский антрополог, Бенуа де Майе, живший с 1656 г. по 1738 г. догадался (неправильно), что окаменелости на возвышениях означали, что Земля была покрыта большим океаном. Этому океану понадобилось 2 миллиарда лет, чтобы испариться к нынешнему уровню морей. Ученые отказались от этой теории, когда поняли, что для уровня моря естественно его повышение и понижение.
• Охлаждение земного шара - Уильям Томпсон, предположил, что Земля когда-то представляла собой расплавленный каменный шар имеющий температуру Солнца, а потом остыла до нынешних температур. Основываясь на этой теории, Томпсон рассчитал, что Земли понадобилось где-то около 20-400 миллионов лет для охлаждения до нынешней температуры. Томпсон допустил некоторые неточные предположения о солнечной температуре (это на самом деле 15 млн. градусов Кельвина), земной температуре (с расплавленным ядром) и, что Солнце состоит лишь из водорода, а Земля из металла и камня.
• Охлаждение Солнца - В 1856 г., немецкий физик Герман фон Гельмгольц попытался рассчитать возраст Земли по охлаждению Солнца. Ученый определил, что Солнцу понадобилось бы 22 миллиона лет для того, чтобы конденсироваться до его текущего вида с диффузного облака пыли и газа. Хотя это было неточно, Гельмгольц правильно выяснил, что Солнечное тепло обусловлено гравитационным сжатием.
• Влияние эрозии - В своих трудах, «Происхождение видов благодаря естественному отбору», Дарвин сказал, что эрозия мела могла бы позволить рассчитать возраст планеты. Дарвин подсчитал, что мелу в области Weald Англия, возможно, понадобилось 300 млн. лет для формирования его в нынешнем виде.
• Орбита Луны - сын Чарльза Дарвина, Джордж Дарвин, предположил, что Луна, была образована из Земли, и переместилась со своего местоположения. Теория деления предполагает, что вращение Земли вызвало отделение вращающегося куска планеты в космос. Дарвин подсчитал, что Луне понадобилось около 56 миллионов лет, для достижения нынешнего положения относительно Земли. Теперь нам известно, что Луна, возможно, образовалась от удара объекта с размерами Марса миллиарды лет назад.
• Соленость океана - известный астроном Эдмунд Галлей в 1715 г. предположил, что соленость океана можно использовать для определения возраста Земли. Галлей сказал, что океаны, питаются потоками большого количества соли, которая затем везде остается после испарения воды. Вода будет все более и более соленая, что позволит определить, длительность этого процесса. Различные геологи, используя этот метод, определили, что Земле около 80-150 млн. лет.

Радиометрическое датирование - точный метод определения возраста Земли

Французский химик А. Анри Беккерель в 1896 году открыл радиоактивность - процесс, при котором материалы разлагаются на другие материалы с выделением энергии при этом. Геологи выяснили, что в Земле содержится большое количество радиоактивных материалов, и они будут предоставлять возможность подсчета возраста Земли. Это открытие, конечно же, показало недостатки предшествующих методов определения возраста Земли, зато предоставило новый метод - радиометрическое датирование.

Наглядное изображение процесса распада на примере изотопов свинца

Геологами было обнаружено, что радиоактивные элементы распадаются на другие частицы с предсказуемой скоростью. При том, некоторые материалы распадаться быстрее, а некоторым могут понадобиться миллионы и даже миллиарды лет, для полного разложения. Фредерик Содди и Эрнест Резерфорд, из Университета Макгилла, выяснили, что половина какого-либо изотопа радиоактивного элемента раскладывается на другой изотоп, набирая скорость. Например, если вы имеете какое-то количество тория-232, то половина будет распадаться около миллиарда лет, а другая половина будет распадаться еще миллиард лет. Это явление получило термин "половина жизни".

Измеряя периоды полураспадов радиоактивных изотопов, геологи построили лестницу измерения, позволяющую точно вычислять возраст геологических объектов, в том числе и Земли. Они используют распад урана на различные изотопы свинца. Измеряется количество трех разных изотопов свинца (Pb-206, Pb-207 и Pb-208 или Pb-204), геологи вычисляют, сколько урана было первоначально в образце данного материала.

Если Солнечная система сформирована из общего фонда материи, и с равномерно распределенными изотопами свинца, то все объекты данного фонда материи должны показывать одинаковое число изотопов. Также, со временем, количество Pb-206 и Pb-207 будет меняться, потому что, эти изотопы являются конечными продуктами разложения урана. Большее соотношение урана к свинцу в породе, чем больше Pb-206 / Pb-204 и Pb-207 / Pb-204 значения будут меняться со временем. Если предположить, что в солнечной системе равномерно распределены изотопы урана, то вы можете нарисовать линию данных, отображающую участок свинцово-уранового соотношения и по наклону линии, можно определить количество времени, прошедшее с тех пор материей, отделившаяся в отдельные объекты.

Бертрам Болтвуд применил данный метод датирования к 26 разным образцам пород, и понял, что их возраст 92-570 миллионов лет, а дальнейшие усовершенствования в технике позволили определять возраст от 250 миллионов до 1,3 миллиарда лет.

Геологи исследуют Землю, ищут самые старые скалы на планете. Самые старейшие скалы находятся в Канаде, Африке и Австралии, их возраст от 2,5 до 3,8 миллиарда лет. Очень старая порода была найдена в Канаде в 1999 году, ей чуть более 4 миллиардов лет.

Это дало возможность определить минимальный возраст Земли, но из-за геологических процессов, она может быть еще старше.

Метеориты являются окончательным ответом на вопрос о возрасте Земли

Проблема с определением возраста горных пород, в том, что планета постоянно подвергается геологическим изменениям. Тектоника плит все время перерабатывает части Земли, смешивает их и навсегда скрывает старые части планеты. Если предположить, что в Солнечной системе все образованно в одно время, то метеориты в космосе не подвержены тектонике плит как Земля.

Геологи использовали древние объекты, такие как метеорит Каньона Дьябло (осколок астероида, после которого остался кратер Barringer), как способ, чтобы добраться до правильного возраста Солнечной системы и Земли. С помощью методики радиометрического датирования на метеоритах, геологи смогли вычислить, что возраст Земли составляет 4.54 миллиарда лет с погрешностью около 1 %.

В контексте с этим интересен один факт: самой большой единицей измерения времени является кальпа.

Кальпа (иначе — день Брахмы) – это понятие из индуизма. Согласно ему день сменяется ночью, равной ему по продолжительности. При этом, продолжительность дня Брахмы с точностью до 5% совпадает с возрастом Земли.