בן כמה כדור הארץ?

Send

מאמר זה מגיע מארכיון מגזין החלל, אך עודכן בסרטון מצוין זה.

בן כמה כדור הארץ? מדענים חושבים ש כדור הארץ בן 4.54 מיליארד שנה. כמובן, זה לא צירוף מקרים; השמש וכוכבי הלכת נוצרו כולם מענן מפוזר של מימן לפני מיליארדי שנים.

במערכת השמש המוקדמת, כל כוכבי הלכת שנוצרו בערפילית השמש; השאריות שנשארו מהיווצרות השמש. חלקיקי אבק קטנים שנאספו יחדיו לחפצים גדולים וגדולים יותר - חלוקי נחל, סלעים, סלעים וכו '- עד שהיו הרבה פלנטואידים במערכת השמש. פלנטואידים אלה התנגשו יחד ובסופו של דבר די התאגדו כדי להפוך לגודל כדור הארץ.

בשלב מסוים בהיסטוריה הקדומה של כדור הארץ, פלנטואיד בגודל מאדים התרסק לכוכב הלכת שלנו. ההתנגשות שנוצרה שלחה פסולת למסלול שהפך בסופו של דבר לירח.

איך מדענים יודעים שכדור הארץ בן 4.54 מיליארד שנה? למעשה קשה להבחין מעל פני כדור הארץ בלבד, מכיוון שטקטוניקת צלחות מעצבת מחדש את פני השטח שלו כל הזמן. חלקים ישנים יותר של פני השטח מחליקים מתחת ללוחות חדשים יותר שיש למחזר בליבה של כדור הארץ. הסלעים העתיקים ביותר שנמצאו אי פעם על כדור הארץ הם בני 4.0 - 4.2 מיליארד שנה.

מדענים מניחים כי כל החומר במערכת השמש נוצר במקביל. כימיקלים שונים ובמיוחד איזוטופים רדיואקטיביים נוצרו יחד. מכיוון שהם מתפרקים בקצב מאוד ידוע, ניתן למדוד איזוטופים אלה כדי לקבוע כמה זמן היסודות היו קיימים. ועל ידי לימוד מטאוריטים שונים ממקומות שונים במערכת השמש, מדענים יודעים שכוכבי הלכת השונים נוצרו בו זמנית.

שיטות כישלון לחישוב גיל כדור הארץ
השיטה הנוכחית והמדויקת שלנו למדידת גיל כדור הארץ מגיעה בסוף סדרה ארוכה של הערכות שנעשו במהלך ההיסטוריה. מדענים חכמים גילו תכונות על כדור הארץ והשמש שמשתנות עם הזמן, ואז חישבו בן כמה כוכב הלכת כדור הארץ הוא מזה. למרבה הצער, כולם היו פגומים מסיבות שונות.

ירידה ברמות הים - בנואה דה מאילט, אנתרופולוג צרפתי שחי בשנים 1656-1738 וניחש (לא נכון) שמאובנים בגובה רב פירושו שכדור הארץ היה מכוסה פעם על ידי אוקיינוס גדול. האוקיאנוס הזה לקח 2 מיליארד שנה להתאדות לגובה פני הים הנוכחי. מדענים זנחו את זה כשהבינו שרמות הים עולות ויורדות באופן טבעי.
קירור כדור הארץ – ויליאם תומפסון, לימים נקרא הלורד קלווין, הניח שכדור הארץ היה פעם כדור סלע מותך באותה טמפרטורה של השמש, ואז הוא מתקרר מאז. על סמך הנחות אלה, תומפסון חישב שכדור הארץ לקח איפשהו בין 20 ו -400 מיליון שנה להתקרר לטמפרטורה הנוכחית שלה. כמובן שתומפסון עשה כמה הנחות לא מדויקות, לגבי הטמפרטורה של השמש (זה באמת 15 מיליון מעלות קלווין בליבה), הטמפרטורה של כדור הארץ (עם הליבה המותכת שלו) ואיך השמש עשויה מימן וכדור הארץ הוא עשוי סלע ומתכת.
קירור השמש - בשנת 1856, הפיזיקאי הגרמני הרמן לודוויג פרדיננד פון הלמהולץ ניסה לחשב את גיל כדור הארץ באמצעות צינון השמש. הוא חישב שהשמש הייתה לוקחת 22 מיליון שנה להתעבות עד לקוטרו והטמפרטורה הנוכחיים מענן מפוזר של גז ואבק. למרות שזה לא היה מדויק, הלמהולץ זיהה נכון כי מקור חום השמש מונע על ידי התכווצות כבידה.
סחף סלע - בספרו, מוצא המינים על ידי אמצעים לבחירה טבעית, הציע צ'ארלס דארווין כי שחיקת מרבצי הגיר עשויה לאפשר חישוב הגיל המינימלי של כדור הארץ. דארווין העריך כי תצורת גיר באזור ויילד באנגליה עלולה הייתה לקחת 300 מיליון שנה מזג האוויר לצורתו הנוכחית.

מסלול הירח - ג'ורג 'דארווין, בנו של צ'רלס דארווין, ניחש כי ייתכן שהירח נוצר מכדור הארץ, ונסחף אל מיקומו הנוכחי. תיאוריית הביקוע הציעה כי הסיבוב המהיר של כדור הארץ גרם לנתח של כדור הארץ להתפוצץ לחלל. דארווין חישב שלקח את הירח לפחות 56 מיליון שנה להגיע למרחק הנוכחי מכדור הארץ. אנו יודעים כעת כי הירח נוצר ככל הנראה כאשר חפץ בגודל מאדים ניפץ לכדור הארץ לפני מיליארדי שנים.
מליחות האוקיאנוס - בשנת 1715, האסטרונום המפורסם אדמונד האלי הציע להשתמש במליחות האוקיינוסים כדי להעריך את גילו של כדור הארץ. האלי הבחין כי אוקיינוסים ואגמים הניזונים מנחלים קיבלו ללא הפסקה עוד מלח, אשר לאחר מכן הסתובבו כשהמים התאדו. עם הזמן המים היו מלוחים ומלוחים יותר, ומאפשרים הערכה של כמה זמן התהליך הזה נמשך. גיאולוגים שונים השתמשו בשיטה זו כדי לנחש שכדור הארץ היה בין בני 80 ו -150 מיליון שנה. שיטה זו הייתה פגומה מכיוון שמדענים לא הבינו כי תהליכים גיאולוגיים מוציאים מלח מהמים.

תיארוך רדיומטרי מספק שיטה מדויקת להכיר את עידן כדור הארץ
בשנת 1896 גילה הכימאי הצרפתי א 'אנרי בקרל רדיואקטיביות, התהליך בו חומרים מתפרקים לחומרים אחרים ומשחררים אנרגיה. הגיאולוגים הבינו כי פנים כדור הארץ מכיל כמות גדולה של חומר רדיואקטיבי, וזה יזרוק את החישובים שלהם לתקופת כדור הארץ. למרות שגילוי זה חשף פגמים בשיטות הקודמות לחישוב גיל כדור הארץ, הוא סיפק שיטה חדשה: היכרויות רדיומטריות.

גיאולוגים גילו שחומרים רדיואקטיביים מתפרקים לגורמים אחרים בקצב מאוד צפוי. חומרים מסוימים מתפוררים במהירות, בעוד שאחרים יכולים לקחת מיליוני שנים ואפילו מיליארדי שנים להתפרקות מלאה. ארנסט רתרפורד ופרדריק סודי, שעבדו באוניברסיטת מקגיל, קבעו כי מחצית מכל איזוטופ של גורם רדיואקטיבי מתפרק לאיזוטופ אחר בקצב קבוע. לדוגמה, אם יש לך סכום מוגדר של תוריום -232, מחציתו יתפרק על פני מיליארד שנה ואז מחצית הסכום הזה יירקב בעוד מיליארד שנה. זהו המקור למונח "מחצית החיים".

על ידי מדידת מחצית החיים של איזוטופים רדיואקטיביים, גיאולוגים הצליחו לבנות סולם מדידה המאפשר להם לחשב במדויק את גיל התצורות הגיאולוגיות, כולל כדור הארץ. הם השתמשו בהתפרקות האורניום לאיזוטופים שונים של עופרת. על ידי מדידת כמות של שלוש איזוטופים שונים של עופרת (Pb-206, Pb-207 ו- Pb-208 או Pb-204), גיאולוגים יכולים לחשב כמה אורניום היה במקור במדגם של חומר.

אם מערכת השמש נוצרה מאגירת חומר משותפת, עם איזוטופים Pb מפוזרים באופן אחיד, אז כל העצמים מאותו מאגר חומר צריכים להציג כמויות דומות של האיזוטופים. כמו כן, לאורך זמן, כמויות Pb-206 ו- Pb-207 ישתנו מכיוון שכיוון שהאיזוטופים הללו הם תוצרי קצה של ריקבון אורניום. זה גורם לכמות העופרת והאורניום להשתנות. ככל שיחס האורניום-להובלה של סלע גבוה יותר, כך הערכים Pb-206 / Pb-204 ו- Pb-207 / Pb-204 יהיו גדולים יותר. כעת, בהנחה שמקור מערכת השמש הופץ באופן אחיד גם עם איזוטופים אורניום, אז תוכלו לצייר קו נתונים המציג עלילת עופרת לאורניום, וממדרון הקו, משך הזמן שחלף מאז מאגר החומר הופרד לאובייקטים בודדים שניתן לחשב.

ברטרם בולטווד יישם שיטה זו של תיארוך על 26 דגימות שונות של סלעים, וגילה כי נוצרו בין לבין בני 92 ו -570 מיליון שנים, ושכלולים נוספים לטכניקה העניקו גילאים בין השנים 250 מיליון עד 1.3 מיליארד שנים.

גיאולוגים התחילו לחקור את כדור הארץ בחיפוש אחר תצורות הסלע העתיקות ביותר בכוכב הלכת. סלע השטח העתיק ביותר נמצא בקנדה, באוסטרליה ובאפריקה, שגילו נע בין 2.5 עד 3.8 מיליארד שנים. הסלע העתיק ביותר התגלה בקנדה בשנת 1999, והוערך כבן 4 מיליארד שנה.

זה קבע גיל מינימלי לכדור הארץ, אך הודות לתהליכים גיאולוגיים כמו בליה וטקטוניקת צלחות, הוא עדיין יכול להיות מבוגר יותר.

מטאוריטים כתשובה הסופית לעידן כדור הארץ
הבעיה במדידת גיל הסלעים בכדור הארץ היא שכוכב הלכת נמצא תחת שינוי גיאולוגי מתמיד. טקטוניקות צלחת ממחזרים כל הזמן חלקים מכדור הארץ, וממזגים אותו ומסתירים לנצח את האזורים העתיקים ביותר בכוכב הלכת. אך בהנחה שהכל במערכת השמש נוצר בעת ובעונה אחת, מטאוריטים בחלל לא הושפעו על ידי בליה וטקטוניקת צלחות כאן על כדור הארץ.

גיאולוגים השתמשו בחפצים הבתוליים הללו, כמו מטאוריט קניון דיאבלו (שברי האסטרואיד שהשפיע על מכתש בארינגר) כדרך להגיע לגיל האמיתי של מערכת השמש, ולכן לכדור הארץ. על ידי שימוש במערכת התיארוך הרדיומטרית במטאוריטים אלה, גיאולוגים הצליחו לקבוע שכדור הארץ הוא בן 4.54 מיליארד שנה בטווח שגיאה של כ -1%.

מקורות:
הבנת המדע - לורד קלווין
USGS עידן כדור הארץ
השעון המדעי הכושל של לורד קלווין
תפקיד הריקבון הרדיואקטיבי
שחקן אסטרונומיה פרק 51: כדור הארץ
תצורות סלע העתיקות ביותר שנמצאו