كم عمر الأرض؟

Send

تأتي هذه المقالة من أرشيف مجلة الفضاء ، ولكن تم تحديثها بهذا الفيديو الأنيق.

كم عمر الأرض؟ يعتقد العلماء أن يبلغ عمر الأرض 4.54 مليار سنة. بالطبع ، ليست صدفة ، الشمس والكواكب كلها تشكلت من سحابة منتشرة للهيدروجين منذ مليارات السنين.

في النظام الشمسي المبكر ، تشكلت جميع الكواكب في السديم الشمسي. البقايا المتبقية من تكوين الشمس. تم تجميع جزيئات صغيرة من الغبار معًا في أشياء أكبر وأكبر - الحصى والصخور والصخور وما إلى ذلك - حتى كان هناك العديد من الكواكب في النظام الشمسي. اصطدمت هذه الكواكب مع بعضها البعض وفي النهاية اجتمعت بما يكفي لتصبح بحجم الأرض.

في مرحلة ما من التاريخ المبكر للأرض ، اصطدم كوكب بحجم كوكب المريخ بكوكبنا. أدى التصادم الناتج إلى إرسال الحطام إلى المدار الذي أصبح القمر في النهاية.

كيف يعرف العلماء أن عمر الأرض 4.54 مليار سنة؟ من الصعب في الواقع معرفة من سطح الكوكب وحده ، لأن تكتونيات الصفائح تعيد تشكيل سطحه باستمرار. تنزلق الأجزاء القديمة من السطح تحت صفائح أحدث لإعادة تدويرها في قلب الأرض. أقدم الصخور الموجودة على الأرض هي 4.0 - 4.2 مليار سنة.

يفترض العلماء أن جميع المواد في النظام الشمسي تشكلت في نفس الوقت. تم تشكيل مواد كيميائية مختلفة ، وخاصة النظائر المشعة معًا. بما أنها تتحلل بمعدل معروف جدًا ، يمكن قياس هذه النظائر لتحديد مدة وجود العناصر. ومن خلال دراسة النيازك المختلفة من مواقع مختلفة في المجموعة الشمسية ، يعلم العلماء أن الكواكب المختلفة تشكلت في نفس الوقت.

الطرق الفاشلة لحساب عمر الأرض
تأتي طريقتنا الحالية والدقيقة لقياس عمر الأرض في نهاية سلسلة طويلة من التقديرات التي تم إجراؤها عبر التاريخ. اكتشف العلماء الأذكياء ميزات حول الأرض والشمس تتغير بمرور الوقت ، ثم حسبوا عمر كوكب الأرض من ذلك. لسوء الحظ ، كانت جميعها معيبة لأسباب مختلفة.

انخفاض مستويات البحر - Benoit de Maillet ، عالم الأنثروبولوجيا الفرنسي الذي عاش من 1656-1738 وخمن (بشكل غير صحيح) أن الحفريات على ارتفاعات عالية تعني أن الأرض كانت مغطاة ذات مرة بمحيط كبير. لقد اتخذ هذا المحيط 2 مليار سنة لتبخر إلى مستويات البحر الحالية. تخلى العلماء عن هذا عندما أدركوا أن مستويات سطح البحر ترتفع وتنخفض بشكل طبيعي.
تبريد الأرض – افترض وليام طومسون ، المعروف لاحقًا باسم اللورد كلفن ، أن الأرض كانت ذات مرة كرة صخرية مصهورة بنفس درجة حرارة الشمس ، ثم بدأت في البرود منذ ذلك الحين. استنادًا إلى هذه الافتراضات ، حسب طومسون أن الأرض تأخذ مكانًا ما بينهما 20 و 400 مليون سنة لتبرد لدرجة حرارتها الحالية. بالطبع ، قدم طومسون العديد من الافتراضات غير الدقيقة ، حول درجة حرارة الشمس (إنها في الحقيقة 15 مليون درجة كلفن في جوهرها) ، ودرجة حرارة الأرض (مع قلبها المنصهر) وكيف تصنع الشمس من الهيدروجين والأرض هي مصنوع من الصخور والمعدن.
تبريد الشمس - في عام 1856 ، حاول الفيزيائي الألماني هيرمان لودفيغ فرديناند فون هيلمهولتز حساب عمر الأرض عن طريق تبريد الشمس. حسب أن الشمس قد اتخذت 22 مليون سنة لتتكثف حتى قطرها ودرجة حرارتها الحالية من سحابة منتشرة من الغاز والغبار. على الرغم من أن هذا لم يكن دقيقًا ، فقد حدد هيلمهولتز بشكل صحيح أن مصدر حرارة الشمس كان مدفوعًا بالانكماش الجاذبي.
تآكل الصخور - في كتابه ، أصل الأنواع بوسائل الانتقاء الطبيعي ، اقترح تشارلز داروين أن تآكل رواسب الطباشير قد يسمح بحساب الحد الأدنى لسن الكوكب. قدر داروين أن تشكيل الطباشير في منطقة ويلد في إنجلترا ربما يكون قد اتخذ 300 مليون سنة للتكيف مع شكلها الحالي.

مدار القمر - خمّن جورج داروين ، ابن تشارلز داروين ، أن القمر ربما يكون قد تشكل من الأرض ، وانجرف إلى موقعه الحالي. اقترحت نظرية الانشطار أن الدوران السريع للأرض تسبب في دوران جزء من الكوكب إلى الفضاء. حسب داروين أنه أخذ القمر على الأقل 56 مليون سنة للوصول إلى المسافة الحالية من الأرض. نحن نعلم الآن أن القمر ربما يكون قد تشكل عندما تحطم جسم بحجم المريخ في الأرض قبل مليارات السنين.
ملوحة المحيط - في عام 1715 ، اقترح الفلكي الشهير إدموند هالي أنه يمكن استخدام ملوحة المحيطات لتقدير عمر الكوكب. لاحظ هالي أن المحيطات والبحيرات التي تتغذى من التيارات كانت تتلقى باستمرار المزيد من الملح ، والذي ظل عالقًا عند تبخر الماء. بمرور الوقت ، ستصبح المياه أكثر ملوحة وملوحة ، مما يسمح بتقدير المدة التي تستغرقها هذه العملية. استخدم مختلف الجيولوجيين هذه الطريقة لتخمين أن الأرض كانت بينهما 80 و 150 مليون سنة. كانت هذه الطريقة معيبة لأن العلماء لم يدركوا أن العمليات الجيولوجية تستخرج الملح من الماء أيضًا.

يؤرخ الإشعاع يؤمن طريقة دقيقة لمعرفة عمر الأرض
في عام 1896 ، اكتشف الكيميائي الفرنسي أ. هنري بيكريل النشاط الإشعاعي ، وهي العملية التي تتحلل فيها المواد إلى مواد أخرى ، وتطلق الطاقة. أدرك الجيولوجيون أن باطن الأرض يحتوي على كمية كبيرة من المواد المشعة ، وهذا سيؤدي إلى التخلص من حساباتهم لعمر الأرض. على الرغم من أن هذا الاكتشاف كشف عن عيوب في الطرق السابقة لحساب عمر الأرض ، إلا أنه قدم طريقة جديدة: يؤرخ الإشعاع.

اكتشف الجيولوجيون أن المواد المشعة تتحلل إلى عناصر أخرى بمعدل يمكن التنبؤ به للغاية. تتحلل بعض المواد بسرعة ، بينما يمكن أن يستغرق البعض الآخر ملايين أو حتى مليارات السنين لتتحلل تمامًا. قرر إرنست رذرفورد وفريدريك سودي ، العاملين في جامعة ماكجيل ، أن نصف أي نظير لعنصر مشع يتحلل إلى نظائر آخر بمعدل محدد. على سبيل المثال ، إذا كان لديك كمية محددة من Thorium-232 ، فسوف يتحلل نصفها على مدى مليار سنة ، ثم يتحلل نصف هذا المبلغ في مليار سنة أخرى. هذا هو مصدر مصطلح "نصف العمر".

من خلال قياس نصف عمر النظائر المشعة ، تمكن الجيولوجيون من بناء سلم قياس يسمح لهم بحساب عمر التكوينات الجيولوجية بدقة ، بما في ذلك الأرض. استخدموا اضمحلال اليورانيوم في نظائر مختلفة للرصاص. من خلال قياس كمية ثلاث نظائر مختلفة للرصاص (Pb-206 ، Pb-207 ، و Pb-208 أو Pb-204) ، يمكن للجيولوجيين حساب مقدار اليورانيوم في الأصل من عينة من المواد.

إذا كان النظام الشمسي يتكون من مجموعة مشتركة من المادة ، مع نظائر Pb الموزعة بشكل موحد ، فيجب أن تُظهر جميع الكائنات من تلك المجموعة من المواد كميات مماثلة من النظائر. أيضًا ، بمرور الوقت ، ستتغير كميات Pb-206 و Pb-207 لأن هذه النظائر هي منتجات نهائية من تحلل اليورانيوم. هذا يجعل كمية الرصاص وتغير اليورانيوم. كلما ارتفعت نسبة اليورانيوم إلى الرصاص في الصخور ، كلما تغيرت قيم Pb-206 / Pb-204 و Pb-207 / Pb-204 مع الوقت. الآن ، بافتراض أن مصدر النظام الشمسي قد تم توزيعه أيضًا بشكل موحد مع نظائر اليورانيوم ، ثم يمكنك رسم خط بيانات يوضح مؤامرة تؤدي إلى اليورانيوم ، ومن منحدر الخط ، مقدار الوقت الذي مر منذ ذلك الحين أصبح فصل المادة إلى أشياء فردية يمكن حسابها.

قام بيرترام بولتوود بتطبيق هذه الطريقة في المواعدة على 26 عينة مختلفة من الصخور ، واكتشف أنها قد تكونت بين 92 و 570 مليون سنة، والمزيد من التحسينات على التقنية أعطت الأعمار بين 250 مليون إلى 1.3 مليار سنة.

بدأ الجيولوجيون استكشاف الأرض بحثًا عن أقدم التكوينات الصخرية على هذا الكوكب. تم العثور على أقدم صخرة سطحية في كندا وأستراليا وأفريقيا ، وتتراوح أعمارها من 2.5 إلى 3.8 مليار سنة. تم اكتشاف أقدم صخرة في كندا في عام 1999 ، ويقدر عمرها بأكثر من 4 مليارات سنة.

حدّد هذا الحد الأدنى لعمر الأرض ، ولكن بفضل العمليات الجيولوجية مثل التجوية وتكتين الصفائح ، يمكن أن يكون أقدم.

النيازك هي الجواب النهائي لعمر الأرض
مشكلة قياس عمر الصخور على الأرض هي أن الكوكب يخضع لتغير جيولوجي مستمر. تعمل تكتونيات الصفائح على إعادة تدوير أجزاء من الأرض باستمرار ، وتمزجها وإخفاء أقدم مناطق الكوكب إلى الأبد. ولكن بافتراض أن كل شيء في النظام الشمسي قد تشكل في نفس الوقت ، فإن النيازك في الفضاء لم تتأثر بالطقس وتكوين الصفائح هنا على الأرض.

استخدم الجيولوجيون هذه الأجسام البكر ، مثل نيزك كانيون ديابلو (شظايا الكويكب التي أثرت على بارينجر كريتر) كوسيلة للوصول إلى العصر الحقيقي للنظام الشمسي ، وبالتالي الأرض. باستخدام نظام التأريخ الإشعاعي على هذه النيازك ، تمكن الجيولوجيون من تحديد أن الأرض هي 4.54 مليار سنة ضمن هامش خطأ حوالي 1٪.

مصادر:
فهم العلم - اللورد كلفن
عمر USGS من الأرض
الساعة العلمية الفاشلة للورد كلفن
دور التحلل الإشعاعي
يلقي علم الفلك الحلقة 51: الأرض
العثور على أقدم تشكيلات صخرية