CIK VECA IR ZEME?

Send

Šis raksts nāk no Space Magazine arhīva, bet tika atjaunināts ar šo spiffy video.

Cik veca ir Zeme? Zinātnieki domā, ka Zeme ir 4,54 miljardus gadu veca. Protams, tā nav nejaušība; Saule un planētas izveidojās kopā no difūza ūdeņraža mākoņa pirms miljardiem gadu.

Agrīnajā Saules sistēmā visas planētas izveidojās Saules miglājā; paliekas, kas palikušas no Saules veidošanās. Nelielas putekļu daļiņas savācās lielākos un lielākos objektos - oļos, akmeņos, laukakmeņos utt., Līdz Saules sistēmā bija daudz planētu. Šie plantoīdi sadūrās kopā, un galu galā pietika, lai sanāktu, lai kļūtu par Zemes lielumu.

Kādā brīdī Zemes agrīnajā vēsturē uz mūsu planētas ietriecās Marsa lieluma plantoīds. Rezultātā radītā sadursme orbītā nosūtīja gružus, kas galu galā kļuva par Mēnesi.

Kā zinātnieki zina, ka Zeme ir 4,54 miljardus gadu veca? To patiesībā ir grūti pateikt tikai no planētas virsmas, jo plātņu tektonika pastāvīgi maina tās virsmu. Vecākās virsmas daļas slīd zem jaunākām plāksnēm, lai tās varētu pārstrādāt Zemes kodolā. Vecākie ieži, kas jebkad atrasti uz Zemes, ir 4,0 - 4,2 miljardi gadu veci.

Zinātnieki pieņem, ka viss Saules sistēmas materiāls veidojas vienlaicīgi. Kopā tika izveidotas dažādas ķīmiskas vielas, īpaši radioaktīvie izotopi. Šie izotopi, ņemot vērā ļoti zināmu ātrumu sabrukšanu, var izmērīt, lai noteiktu, cik ilgi elementi pastāv. Pētot dažādus meteorītus no dažādām Saules sistēmas vietām, zinātnieki zina, ka visas planētas veidojas vienlaicīgi.

Neveiksmīgas Zemes vecuma aprēķināšanas metodes
Mūsu pašreizējā, precīzā Zemes vecuma mērīšanas metode nāk ar garu aplēšu sēriju, kas veikta caur vēsturi. Gudri zinātnieki atklāja pazīmes par Zemi un Sauli, kas laika gaitā mainās, un pēc tam aprēķināja, cik veca ir planēta Zeme no tā. Diemžēl viņi visi dažādu iemeslu dēļ bija kļūdaini.

Jūras līmeņa pazemināšanās - Benoit de Maillet, franču antropologs, kurš dzīvoja no 1656. līdz 1738. gadam un uzminēja (nepareizi), ka fosilijas lielā augstumā nozīmēja, ka Zemi kādreiz sedz liels okeāns. Šis okeāns bija paņēmis 2 miljardi gadu iztvaikot līdz pašreizējam jūras līmenim. Zinātnieki no tā atteicās, kad saprata, ka jūras līmenis dabiski paaugstinās un pazeminās.
Zemes atdzišana – Viljams Tompsons, vēlāk pazīstams kā lords Kelvins, pieņēma, ka Zeme kādreiz bija izkususi klinšu bumba ar tādu pašu Saules temperatūru, un kopš tā laika tā ir atdzisusi. Balstoties uz šiem pieņēmumiem, Tompsons aprēķināja, ka Zeme atrodas kaut kur starp 20 un 400 miljoni gadu atdzist līdz pašreizējai temperatūrai. Protams, Tompsons izdarīja vairākus neprecīzus pieņēmumus par Saules temperatūru (tās kodolā patiesībā ir 15 miljoni grādu Kelvina), Zemes temperatūru (ar izkusušo kodolu) un to, kā Saule ir veidota no ūdeņraža un vai ir Zeme. izgatavoti no klints un metāla.
Saules atdzišana - 1856. gadā vācu fiziķis Hermans Ludvigs Ferdinands fon Helmholts mēģināja aprēķināt Zemes vecumu, atdzesējot Sauli. Viņš aprēķināja, ka Saule būtu paņēmusi 22 miljoni gadu no difūza gāzes un putekļu mākoņa kondensējas līdz tā pašreizējam diametram un temperatūrai. Lai arī tas bija nepareizs, Helmholts pareizi identificēja, ka Saules siltuma avotu virza gravitācijas saraušanās.
Akmeņu erozija - Kārlis Darvins savā grāmatā “Sugu izcelsme pēc dabiskās atlases līdzekļiem” ierosināja, ka krīta nogulumu erozija varētu ļaut aprēķināt planētas minimālo vecumu. Darvins lēsa, ka, iespējams, bija jāveic krīta veidošanās Anglijas pilsētā Weald 300 miljoni gadu laikapstākļiem tā pašreizējā formā.

Mēness orbīta - Džordžs Darvins, Čārlza Darvina dēls, nojauta, ka Mēness varētu būt izveidojies no Zemes, un novirzījies uz tā pašreizējo atrašanās vietu. Sadalīšanās teorija ierosināja, ka Zemes straujā rotācija izraisīja planētas gabala izplatīšanos kosmosā. Dārziņš aprēķināja, ka tas vismaz ir paņēmis Mēnesi 56 miljoni gadu sasniegt pašreizējo attālumu no Zemes. Mēs tagad zinām, ka Mēness, iespējams, izveidojās, kad pirms miljardiem gadu uz Zemes bija iegrimis Marsa lieluma objekts.
Okeāna sāļums - 1715. gadā slavenais astronoms Edmunds Hallijs ierosināja, ka okeānu sāļumu varētu izmantot planētas vecuma noteikšanai. Halija novēroja, ka okeāni un ezeri, kurus baro straumītes, pastāvīgi saņem vairāk sāls, kas pēc tam iestrēdzis ūdens iztvaikošanas laikā. Laika gaitā ūdens kļūs sāļāks un sāļāks, ļaujot novērtēt, cik ilgs ir šis process. Vairāki ģeologi izmantoja šo metodi, lai uzminētu, ka Zeme atrodas starp 80 un 150 miljoni gadu vecs. Šī metode bija kļūdaina, jo zinātnieki nesaprata, ka ģeoloģiskie procesi sāls izvada arī no ūdens.

Radiometriskā iepazīšanās nodrošina precīzu metodi Zemes vecuma noteikšanai
1896. gadā franču ķīmiķis A. Henri Bekerels atklāja radioaktivitāti - procesu, kurā materiāli sadalās citos materiālos, atbrīvojot enerģiju. Ģeologi saprata, ka Zemes iekšienē ir liels daudzums radioaktīvo materiālu, un tas liedz viņiem aprēķināt Zemes vecumu. Lai gan šis atklājums atklāja trūkumus iepriekšējās Zemes vecuma aprēķināšanas metodēs, tas sniedza jaunu metodi: radiometriskā iepazīšanās.

Ģeologi atklāja, ka radioaktīvie materiāli ļoti prognozējamā ātrumā sadalās citos elementos. Daži materiāli ātri noārdās, savukārt citi var pilnībā noārdīties miljoniem vai pat miljardiem gadu. Ernests Rutherfords un Frederiks Sodijs, strādājot Makgila universitātē, noteica, ka puse no jebkura radioaktīvā elementa izotipa noteiktā ātrumā sadalās citā izotopā. Piemēram, ja jums ir noteikts daudzums torija-232, puse no tā samazināsies miljarda gadu laikā, un puse no šī daudzuma samazināsies vēl viena miljarda gadu laikā. Tas ir termina “pussabrukšanas periods” avots.

Izmērot radioaktīvo izotopu pusperiodu, ģeologi spēja uzbūvēt mērījumu kāpnes, kas ļāva precīzi aprēķināt ģeoloģisko veidojumu, ieskaitot Zemi, vecumu. Viņi izmantoja urāna sabrukšanu dažādos svina izotopos. Izmērot trīs dažādu svina izotopu daudzumu (Pb-206, Pb-207 un Pb-208 vai Pb-204), ģeologi var aprēķināt, cik daudz urāna sākotnēji bija materiāla paraugā.

Ja Saules sistēma ir veidota no kopīga matēriju kopuma ar vienmērīgi sadalītiem Pb izotopiem, tad visiem objektiem no šī matēriju kopuma vajadzētu parādīt līdzīgu izotopu daudzumu. Laika gaitā arī Pb-206 un Pb-207 daudzumi mainīsies, jo šie izotopi ir urāna sabrukšanas galaprodukti. Tas liek mainīt svina un urāna daudzumu. Jo augstāka ir iežu urāna un svina attiecība, jo vairāk laika gaitā mainīsies Pb-206 / Pb-204 un Pb-207 / Pb-204 vērtības. Tagad, pieņemot, ka Saules sistēmas avots tika vienmērīgi sadalīts arī ar urāna izotopiem, varat novilkt datu līniju, kurā parādīts novadījuma līdz urāna parauglaukums un, sākot no līnijas slīpuma, laika periods, kas pagājis kopš matēriju kopumu, kas sadalīts atsevišķos objektos, var aprēķināt.

Bertrams Boltvuds izmantoja šo iepazīšanās metodi 26 dažādiem iežu paraugiem un atklāja, ka tie ir izveidojušies starp 92 un 570 miljoni gadu vecs, un turpmāki tehnikas uzlabojumi deva vecumu starp 250 miljoni līdz 1,3 miljardi gadu.

Ģeologi sāka izpētīt Zemi, meklējot vecākos klinšu veidojumus uz planētas. Vecākie virszemes ieži ir sastopami Kanādā, Austrālijā un Āfrikā, un to vecums svārstās no 2,5 līdz 3,8 miljardi gadu. Pats vecākais iezis tika atklāts Kanādā 1999. gadā, un tika lēsts, ka tas ir nedaudz vairāk kā 4 miljardus gadu vecs.

Tas noteica minimālo Zemes vecumu, taču, pateicoties tādiem ģeoloģiskiem procesiem kā atmosfēras iedarbība un plātņu tektonika, tā joprojām varētu būt vecāka.

Meteorīti kā galīgā atbilde uz Zemes vecumu
Iežu vecuma noteikšanas problēma uz Zemes ir tā, ka planēta tiek pastāvīgi mainīta. Plākšņu tektonika pastāvīgi pārstrādā Zemes daļas, sajaucot to uz visiem laikiem un slēpjot planētas vecākos reģionus. Bet, pieņemot, ka viss Saules sistēmā veidojas vienlaicīgi, meteorītus kosmosā nav ietekmējuši laika apstākļi un plātņu tektonika šeit uz Zemes.

Ģeologi izmantoja šos senatnīgos objektus, piemēram, Canyon Diablo meteorītu (asteroīda fragmenti, kas triecās pie Barringera krātera), kā veidu, kā nokļūt Saules sistēmas un tātad arī Zemes patiesajā vecumā. Izmantojot radiometrisko datēšanas sistēmu šajos meteorītos, ģeologi ir spējuši noteikt, ka Zeme ir 4,54 miljardus gadu vecs aptuveni 1% kļūdas robežās.

Avoti:
Izpratne par zinātni - lords Kelvins
USGS Zemes vecums
Lorda Kelvina neizdotais zinātniskais pulkstenis
Radioaktīvās sabrukšanas loma
Astronomijas cast epizode 51: Zeme
Atrasti vecākie klinšu veidojumi