KUI VANA ON MAA?

Send

See artikkel pärineb ajakirja Kosmos arhiivist, kuid seda spiffilist videot värskendati.

Kui vana on Maa? Teadlased arvavad, et Maa on 4,54 miljardit aastat vana. Muidugi pole see juhus; Päike ja planeedid moodustasid kõik koos hajusast vesinikupilvest miljardeid aastaid tagasi.

Varases Päikesesüsteemis moodustasid kõik planeedid Päikese udus; Päikese moodustamisest järelejäänud jäänused. Väikesed tolmuosakesed kogunesid suurematesse ja suurematesse objektidesse - veerisse, kividesse, rändrahnudesse jne - kuni päikesesüsteemis oli palju planeetoide. Need planeetoidid põrkasid kokku ja lõpuks saadi piisavalt kokku, et saada Maa suuruseks.

Maa varajase ajaloo mingil hetkel kukkus meie planeedile Marsi suurune planeetoid. Sellest tulenev kokkupõrge saatis orbiidile prahi, millest sai lõpuks Kuu.

Kuidas teadlased teavad, et Maa on 4,54 miljardit aastat vana? Ainuüksi planeedi pinnalt on seda tegelikult raske öelda, kuna plaaditektoonika kujundab pidevalt selle pinda. Pinna vanemad osad libisevad uuemate plaatide all, et neid Maa tuumas taaskasutada. Vanimad kivid, mida Maal kunagi leitud, on 4,0 - 4,2 miljardit aastat vanad.

Teadlased eeldavad, et kogu Päikesesüsteemis olev materjal moodustus samal ajal. Koos moodustati mitmesuguseid kemikaale ja eriti radioaktiivseid isotoope. Kuna need lagunevad väga tuntud kiirusega, saab neid isotoope mõõta, et teha kindlaks, kui kaua elemendid on eksisteerinud. Ja uurides Päikesesüsteemi erinevatest kohtadest erinevaid meteoriite, teavad teadlased, et erinevad planeedid moodustasid kõik samal ajal.

Maa vanuse arvutamise ebaõnnestunud meetodid
Meie praegune, täpne meetod Maa vanuse mõõtmiseks tuleb läbi ajaloo läbi viidud pika hinnanguterea lõpus. Nutikad teadlased avastasid Maa ja Päikese kohta omadused, mis aja jooksul muutuvad, ja arvutasid siis välja, kui vana planeet Maa sellest on. Kahjuks olid nad erinevatel põhjustel puudused.

Meretaseme langus - Benoit de Maillet, prantsuse antropoloog, kes elas aastatel 1656-1738 ja arvas (valesti), et kõrgel kõrgusel asuvad fossiilid tähendasid, et Maad kattis kunagi suur ookean. See ookean oli võtnud 2 miljardit aastat aurustuda praegusele merepinnale. Teadlased loobusid sellest, kui mõistsid, et meretase looduslikult tõuseb ja langeb.
Maa jahutamine – William Thompson, hiljem tuntud kui Lord Kelvin, oletas, et Maa oli kunagi sula kivikuul, millel oli sama Päikese temperatuur ja see on sellest ajast alates jahtunud. Nende oletuste põhjal arvutas Thompson, et Maa võttis kuskil vahel 20 ja 400 miljonit aastat jahtuda praeguse temperatuurini. Muidugi tegi Thompson mitmeid ebatäpseid oletusi Päikese temperatuuri (selle tuum on tegelikult 15 miljonit Kelvini kraadi), Maa temperatuuri (koos sulatuumaga) ja selle kohta, kuidas Päike on vesinikust ja Maa on valmistatud kivist ja metallist.
Päikese jahtumine - Aastal 1856 üritas saksa füüsik Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz Maa vanust arvutada Päikese jahutamise abil. Ta arvutas, et Päike oleks võtnud 22 miljonit aastat kondenseeruda hajuvast gaasi- ja tolmupilvest selle praeguse läbimõõdu ja temperatuurini. Ehkki see oli ebatäpne, tuvastas Helmholtz õigesti, et Päikese soojusallikat juhib gravitatsiooniline kokkutõmbumine.
Kivide erosioon - Charles Darwin tegi oma raamatus „Liikide päritolu loodusliku valiku vahenditega” ettepaneku, et kriidimaardlate erosioon võiks võimaldada arvutada planeedi minimaalset vanust. Darwini hinnangul võis kriidi moodustumine Inglismaal Wealdi piirkonnas võita 300 miljonit aastat ilmastiku praegusele kujule.

Kuu orbiit - Charles Darwini poeg George Darwin arvas, et Kuu võis tekkida Maast ja triivis oma praegusesse kohta. Lõhustumisteooria pakkus välja, et Maa kiire pöörlemine põhjustas planeedi tüki kosmosesse pöörlemise. Darwin arvutas, et see on vähemalt Kuu võtnud 56 miljonit aastat saavutada praegune kaugus Maast. Nüüd teame, et Kuu tekkis tõenäoliselt siis, kui Marsi suurune objekt purunes Maale miljardeid aastaid tagasi.
Ookeani soolsus - Kuulus astronoom Edmund Halley tegi 1715. aastal ettepaneku, et planeedi vanuse hindamiseks võiks kasutada ookeanide soolsust. Halley täheldas, et ojadest toituvad ookeanid ja järved said pidevalt rohkem soola, mis siis vee aurustumisel kleepus. Aja jooksul muutub vesi soolasemaks ja soolasemaks, mis võimaldab hinnata, kui kaua see protsess on kestnud. Mitmed geoloogid kasutasid seda meetodit, et arvata, et Maa on vahel 80 ja 150 miljonit aastat vana. See meetod oli puudulik, kuna teadlased ei mõistnud, et ka geoloogilised protsessid ekstraheerivad soola veest.

Radiomeetriline tutvumine pakub täpset meetodit Maa ajastu tundmiseks
1896 avastas prantsuse keemik A. Henri Becquerel radioaktiivsuse - protsessi, kus materjalid lagunevad muudeks materjalideks, vabastades energiat. Geoloogid mõistsid, et Maa sisemus sisaldab suurt hulka radioaktiivseid aineid ja see heidab nende arvutused Maa vanuse kohta välja. Ehkki see avastus näitas puudusi varasemates Maa vanuse arvutamise meetodites, pakkus see välja uue meetodi: radiomeetriline tutvumine.

Geoloogid avastasid, et radioaktiivsed materjalid lagunevad muudeks elementideks väga prognoositava kiirusega. Mõni materjal laguneb kiiresti, samas kui teistel võib täielik lagunemine võtta miljoneid või isegi miljardeid aastaid. McGilli ülikoolis töötavad Ernest Rutherford ja Frederick Soddy leidsid, et pool radioaktiivse elemendi mis tahes isotoobist laguneb kindla kiirusega teiseks isotoobiks. Näiteks kui teil on kindlaksmääratud kogus toorium-232, laguneb pool sellest miljardi aasta jooksul ja siis pool sellest kogusest laguneb järgmise miljardi aasta jooksul. See on termini "poolestusaeg" allikas.

Radioaktiivsete isotoopide poolestusaja mõõtmisega suutsid geoloogid ehitada mõõtmisredeli, mis võimaldas neil täpselt arvutada geoloogiliste koosseisude, sealhulgas Maa vanust. Nad kasutasid uraani lagunemist mitmesugusteks plii isotoopideks. Kolme erineva plii isotoobi (Pb-206, Pb-207 ja Pb-208 või Pb-204) koguse mõõtmise abil saavad geoloogid arvutada, kui palju uraani oli materjali proovides algselt.

Kui päikesesüsteem on moodustatud ühisest mateeriakogumist ja ühtlaselt jaotunud Pb isotoopidega, peaksid kõik selle ainekogumi objektid näitama samasuguseid isotoopide koguseid. Aja jooksul muutuvad ka Pb-206 ja Pb-207 kogused, kuna kuna need isotoobid on uraani lagunemise lõppsaadused. See muudab plii ja uraani kogust. Mida suurem on kivimi uraani ja plii suhe, seda enam Pb-206 / Pb-204 ja Pb-207 / Pb-204 väärtused aja jooksul muutuvad. Kui nüüd arvata, et ka päikesesüsteemi allikas oli ühtlaselt jaotunud uraani isotoopidega, siis saate joonistada andmerea, mis näitab plii-uraani proovitükki ja joone kallakust möödunud aja möödumist mateeria kogumi jaotati üksikuteks objektideks saab arvutada.

Bertram Boltwood kasutas seda dateerimismeetodit 26 erinevale kivimiproovile ja avastas, et need olid nende vahel moodustunud 92 ja 570 miljonit aastat vanaja tehnika täiendavad täiustused andsid vanuse vahemikus 250 miljonit kuni 1,3 miljardit aastat.

Geoloogid asusid uurima Maad, otsides vanimaid kivimit kogu planeedil. Vanimat pinnakivimit leidub Kanadas, Austraalias ja Aafrikas, vanusega alates 2,5–3,8 miljardit aastat. Kõige vanem kivim avastati Kanadas 1999. aastal ja oli hinnanguliselt veidi üle 4 miljardi aasta vana.

See määras Maa minimaalse vanuse, kuid tänu geoloogilistele protsessidele, nagu ilmastik ja plaaditektoonika, võiks see siiski vanem olla.

Meteoriidid kui lõplik vastus Maa vanusele
Maal kivimite vanuse mõõtmisel on probleem selles, et planeet on pidevas geoloogilises muutuses. Plaatide tektoonika taaskasutab pidevalt Maa osi, segades selle kokku ja varjates igavesti planeedi vanimaid piirkondi. Kuid eeldades, et kõik Päikesesüsteemis moodustus samal ajal, on ilmastikutingimused ja plaaditektoonika siin Maa peal kosmose meteoriite mõjutanud.

Geoloogid kasutasid neid põlised objekte, nagu näiteks Canyon Diablo meteoriit (Barringeri kraatrisse tabanud asteroidi fragmendid), et saada Päikesesüsteemi ja seega ka Maa tõelises vanuses. Kasutades nendel meteoriitidel radiomeetrilist dateerimissüsteemi, on geoloogid suutnud kindlaks teha, et Maa on 4,54 miljardit aastat vana umbes 1% veamarginaali piires.

Allikad:
Teaduse mõistmine - lord Kelvin
USGS Maa vanus
Lord Kelvini ebaõnnestunud teaduslik kell
Radioaktiivse lagunemise roll
Astronoomia cast episood 51: Earth
Leitud vanimad kivimikihid