Zilā marmora Zemes attēls, kas iegūts no VIIRS instrumenta NASA Zemes novērošanas satelītā - Suomi AES - 2012. gada 4. janvārī.
(Attēls: © NASA / NOAA / GSFC / Suomi AES / VIIRS / Norman Kuring)
Planētai Zeme nav dzimšanas apliecības, lai reģistrētu tās veidošanos, kas nozīmē, ka zinātnieki simtiem gadu pavadīja, cenšoties noteikt planētas vecumu. Tātad, cik veca ir Zeme?
Iepazīstinot ar klintīm Zemes mainīgajā garozā, kā arī ar Zemes kaimiņos esošajām klintīm, piemēram, mēness, un apmeklējot meteorītus, zinātnieki ir aprēķinājuši, ka Zeme ir 4,54 miljardus gadu veca, ar kļūdu diapazonu 50 miljoni gadu.
Cik veci ir jūsu klintis?
Zinātnieki ir veikuši vairākus mēģinājumus datēt planētu pēdējos 400 gados. Viņi ir mēģinājuši paredzēt vecumu, pamatojoties uz mainīgo jūras līmeni, laiku, kas nepieciešams, lai Zeme vai saule atdzistu līdz pašreizējai temperatūrai, un okeāna sāļumu. Attīstoties iepazīšanās tehnoloģijai, šīs metodes izrādījās neuzticamas; piemēram, tika parādīts, ka okeāna celšanās un krišana ir nepārtraukti mainīgs process, nevis pakāpeniski sarūkošs process.
Un vēl vienā centienā aprēķināt planētas vecumu zinātnieki pievērsās klintīm, kas pārklāj tās virsmu. Tā kā plātņu tektonika pastāvīgi mainās un atjauno garozu, pirmie ieži jau sen ir pārstrādāti, izkusuši un pārveidoti par jauniem atsegumiem.
Zinātniekiem ir jācīnās arī ar problēmu, ko sauc par lielo neatbilstību, kur, šķiet, trūkst nogulšņu iežu slāņu (piemēram, Lielajā kanjonā ir 1,2 miljardi gadu iežu, kuras nevar atrast). Šai neatbilstībai ir vairāki skaidrojumi; 2019. gada sākumā viens pētījums ieteica, ka globālais ledus laikmets ledājus sasmalcina klintīs, izraisot tā sadalīšanos. Pēc tam plātņu tektonika sasmalcinātu iežu iemeta atpakaļ Zemes iekšienē, noņemot vecos pierādījumus un pārvēršot tos jaunā klintī.
20. gadsimta sākumā zinātnieki precizēja radiometriskās datēšanas procesu. Iepriekšējie pētījumi parādīja, ka dažu radioaktīvo elementu izotopi ar paredzamu ātrumu pārvēršas citos elementos. Pārbaudot esošos elementus, zinātnieki var aprēķināt sākotnējo radioaktīvā elementa daudzumu un tādējādi - cik ilgs laiks pagāja, līdz elementi sabojājās, ļaujot viņiem noteikt ieža vecumu.
Vecākie līdz šim atrastie ieži uz Zemes ir Acasta Gneiss Kanādas ziemeļrietumos pie Lielā verga ezera, kas ir 4,03 miljardus gadu veci. Bet klintis, kas vecākas par 3,5 miljardiem gadu, ir sastopamas visos kontinentos. Grenlande lepojas ar Isua suprakrustālajiem iežiem (no 3,7 līdz 3,8 miljardiem gadu veci), savukārt Svazilendas ieži ir no 3,4 miljardiem līdz 3,5 miljardiem gadu. Paraugi Rietumaustrālijā ir no 3,4 līdz 3,6 miljardiem gadu veci.
Pētniecības grupas Austrālijā atrada senākos minerālu graudus uz Zemes. Šiem sīkajiem cirkonija silikāta kristāliem ir vecums, kas sasniedz 4,3 miljardus gadu, padarot tos par vecākajiem līdz šim atrastajiem materiāliem uz Zemes. Viņu avota ieži vēl nav atrasti.
Akmeņi un cirkoni Zemes vecumam nosaka zemāku robežu - 4,3 miljardus gadu, jo pašai planētai jābūt vecākai par visu, kas atrodas uz tās virsmas.
Kad dzīvība radusies, joprojām tiek diskutēts, jo īpaši tāpēc, ka dažas agrīnas fosilijas var parādīties kā dabiskas klinšu formas. Kā paziņots 2018. gada pētījumā, dažas no dzīves pirmajām formām ir atrastas Austrālijas rietumos; pētnieki atrada sīkus pavedienus 3,4 miljardus gadu vecos iežos, kas varētu būt fosilijas. Citi pētījumi liecina, ka dzīve radusies vēl agrāk. Hematīta mēģenēs vulkāniskajos iežos Kvebekā varēja būt mikrobi starp 3,77 līdz 4,29 miljardiem gadu atpakaļ. Pētnieki, kas apskatīja klintis Grenlandes dienvidrietumos, redzēja arī konusveidīgas struktūras, kuras pirms aptuveni 3,7 miljardiem gadu varēja apņemt mikrobu kolonijas.
Iepazīstieties ar kaimiņiem
Cenšoties vēl vairāk precizēt Zemes vecumu, zinātnieki sāka skatīties uz āru. Materiāls, kas veidoja Saules sistēmu, bija putekļu un gāzes mākonis, kas apņēma jauno sauli. Gravitācijas mijiedarbība saplūda šo materiālu planētās un pavadoņos apmēram tajā pašā laikā. Pētot citus Saules sistēmas ķermeņus, zinātnieki spēj uzzināt vairāk par agro planētas vēsturi.
Zemei vistuvākais ķermenis, mēness, nepiedzīvo atjaunošanas procesus, kas notiek visā Zemes ainavā. Tādējādi mēness virsmā joprojām atrodas klintis no agras Mēness vēstures. Paraugi, kas atgriezti no Apollo un Luna misijām, atklāja vecumu no 4,4 miljardiem līdz 4,5 miljardiem gadu, palīdzot ierobežot Zemes vecumu. Tas, kā izveidojās mēness, ir debašu jautājums; Kamēr dominējošā teorija liek domāt, ka Marsa lieluma objekts ir ietriecies Zemē un fragmenti galu galā saplūst ar Mēnesi, citas teorijas liecina, ka mēness izveidojās pirms Zemes. [Saistīts: kā tika veidota Zeme?]
Papildus lielajiem Saules sistēmas ķermeņiem zinātnieki ir pētījuši mazākus akmeņainus apmeklētājus, kuri ir krituši uz Zemes. Meteorīti rodas no dažādiem avotiem. Daži no vardarbīgām sadursmēm tiek atrauti no citām planētām, bet citi ir agrīnās Saules sistēmas palikušie gabali, kas nekad nav auguši pietiekami lieli, lai veidotu saliedētu ķermeni.
Lai arī no Marsa apzināti nav atgriezti nekādi ieži, paraugi ir meteorītu formā, kas uz Zemes nokrita jau sen, ļaujot zinātniekiem veikt tuvinājumus par iežu vecumu uz Sarkanās planētas. Daži no šiem paraugiem ir datēti ar 4,5 miljardiem gadu vecu, kas apstiprina citus aprēķinus par agrīnu planētu veidošanās datumu.
Vairāk nekā 70 meteorītu, kas ir nokrituši uz Zemes, vecums ir aprēķināts pēc radiometrijas. Vecākie no tiem ir vecumā no 4,4 līdz 4,5 miljardiem gadu.
Pirms piecdesmit tūkstošiem gadu no kosmosa nogāza klints, lai Arizonā izveidotu Meteor krāteru. Šī krāšņa asteroīds ir savākts no krātera loka un nosaukts par tuvējo kanjonu Diablo. Kanjona Diablo meteorīts ir svarīgs, jo tas pārstāv meteorītu klasi ar komponentiem, kas ļauj precīzāk datēties.
1953. gadā slavenais Kalifornijas Tehnoloģiju institūta ģeoķīmiķis Klērs Kamerons Pattersons mēra svina izotopu attiecības meteorīta paraugos, kas stingri ierobežo Zemes vecumu. Meteorīta paraugi parāda izplatību no 4.53 miljardiem līdz 4.58 miljardiem gadu. Zinātnieki šo diapazonu interpretē kā laiku, kas nepieciešams Saules sistēmas attīstīšanai - pakāpenisku notikumu, kas notika aptuveni 50 miljonu gadu laikā.
Izmantojot ne tikai klintis uz Zemes, bet arī apkopoto informāciju par sistēmu, kas to ieskauj, zinātnieki ir spējuši noteikt Zemes vecumu aptuveni 4,54 miljardu gadu vecumā. Salīdzinājumam - Piena Ceļa galaktika, kas satur Saules sistēmu, ir aptuveni 13,2 miljardi gadu veca, savukārt pats Visums ir datēts ar 13,8 miljardiem gadu.
Papildu informācija:
- Uzziniet, kur atrodas vecākie klintis Amerikas Savienotajās Valstīs.
- Uzziniet vairāk par vecākajiem iežiem un minerāliem pasaulē no Amerikas Dabas vēstures muzeja.
- Plašāku informāciju par Zemes vecuma noteikšanu lasiet no ASV Ģeoloģijas dienesta.
Šo rakstu 2019. gada 7. februārī atjaunināja Space.com līdzautore Elizabete Hovela.
