Zemes vecums: pierādījumi un radioaktīvā datēšana (4,5+ miljardu gadu)

19. gadsimta pēdējā ceturtdaļā ilgu laiku norisinājās debates par Zemes vecumu. Čārlza Lajela grāmatā "Ģeoloģijas principi" (1830-33) viņš pierādīja, ka Zeme ir mainījusies lēni un ka tas, ko mēs redzam, ir pakāpenisku pārmaiņu rezultāts. Šis uniformitārisms nepārprotami nozīmēja, ka Zeme ir sena, lai gan Līels nemēģināja noskaidrot, cik sena.

Tam ticēja arī viņa jaunākais draugs Čārlzs Darvins. Darvins redzēja, ka, ja evolūcija būtu notikusi, tai būtu bijis nepieciešams ilgs laiks. Turklāt starp agrīnajām fosilijām Kembrija slāņos un pašreizējo zemes virsmu atrodas milzīgs nogulumiežu iežu daudzums. Darvins un Lajels bija vienisprātis, ka būtu bijis nepieciešams ļoti ilgs laiks, lai nogulsnētos tik daudz iežu.

Grāmatas "Par sugu izcelšanos" (1859) pirmajā izdevumā Darvins bija aprēķinājis, ka Saseksas Vealdas erozija bija ilgusi 300 miljonus gadu.^p314 Gan viņš, gan Līels bija pārsteigti, kad fiziķis Viljams Tomsons (lords Kelvins) teica, ka Zeme nevar būt tik sena, kā viņi domāja. Viņš veica aprēķinus, pamatojoties uz to, cik ilgā laikā Zemei vajadzēja atdzist līdz pašreizējai temperatūrai, ņemot vērā, ka sākumpunkts ir 2000C^o. Kelvina rezultāta pamatā bija ideja, ka ģeotermiskais gradients zemes virsmas tuvumā atspoguļo Zemes cietās virsmas konduktīvās dzesēšanas procesu.

Šo aprēķinu viņš veica vairākas reizes, izdarot dažādus pieņēmumus. 1862. gadā viņa aplēses bija no 20 līdz 400 miljoniem gadu, bet 1866. gadā viņš samazināja maksimālo aplēsi līdz 100 miljoniem gadu un uzbruka Darvinam un Lilam par to, ka viņi nav pievērsuši uzmanību viņa aprēķiniem. Mēs zinām, ka Darvins bija noraizējies un uztraucās, ka tas nebūs pietiekami ilgs laiks, lai varētu notikt evolūcija. Tomass Henrijs Hakslijs (Thomas Henry Huxley) atzīmēja, ka Kelvina aprēķini bija labi, bet viņa pieņēmumi bija nepareizi. 1897. gadā Kelvins veica aprēķinus pēdējo reizi un nonāca pie 20 līdz 40 miljoniem gadu. Tas, protams, noteikti nebūtu pietiekami ilgs laiks, lai varētu notikt evolūcija. Arī Olivers Heavisīds tam nepiekrita un ierosināja alternatīvu ģeotermālo modeli. Gan Kelvins, gan Heavisaids galu galā izrādījās maldīgi.

Viskozais apvalks

Tieši 19. gadsimta beigās kāds saprata, ka, ja mantija ir ļoti viskozs (lipīgs) šķidrums, tas būtiski mainītu aprēķinus. Džons Perijs, bijušais Kelvina asistents, 1895. gadā, izmantojot konvektīvas mantijas un plānas garozas modeli, aprēķināja Zemes vecumu 2 līdz 3 miljardus gadu.

Kelvina modelī siltumu uz Zemes virsmas iegūst no seklas ārējās garozas atdzišanas, pieņemot, ka Zeme ir cieta. Taču, ja Zemes iekšienē elektrovadītspēja būtu daudz augstāka nekā virspusē, tad atdzistu arī Zemes kodols un apakšējā mantija. Tas nodrošinātu milzīgu enerģijas uzkrājumu virsmai. Tādā gadījumā Kelvina aprēķinātais Zemes vecums būtu daudzkārt par zemu.

Perija galvenais iemesls bija tas, ka konvekcija šķidrā vai daļēji šķidrā Zemes iekšienē pārnes siltumu daudz efektīvāk nekā vadītspēja:

"... liela iekšējā plūstamība praktiski nozīmētu bezgalīgu vadītspēju mūsu mērķim".

Kelvins pieturējās pie savas aplēses par 100 miljoniem gadu, bet vēlāk to samazināja līdz aptuveni 20 miljoniem gadu.

Tagad mēs zinām, ka viskozīva šķidruma esamība zem plānas garozas ir daudz svarīgāks faktors nekā radioaktivitātes atklāšana, ^[]kas daudzus gadus bija mācību grāmatas skaidrojums. Perija darba atkārtota atklāšana un pārskatīšana ir pavisam nesena.

1896. gadā Anrī Bekerels atklāja radioaktivitāti. 1903. gadā viņš kopā ar Pjēru un Mariju Kirī saņēma Nobela prēmiju fizikā "par sevišķiem nopelniem, atklājot spontāno radioaktivitāti".

Galu galā tika saprasts, ka radioaktivitāte ir galvenais siltuma avots Zemes iekšienē.^p206 1921. gadā tika veikts pirmais modernais novērtējums, izmantojot radiometrisko datēšanu. Tā pamatā bija Henrija Norisa Rasela (Henry Norris Russell) urāna un svina datēšana: urāna sabrukšanas ātrums līdz svinam Zemes garozā. Viņš aprēķināja 2-8 miljardus gadu. ^{27. lpp., 3.1. tabula.} 1949. gadā H. E. Sūss, pamatojoties uz visu virkni radioaktīvo izotopu, aprēķināja 4-5 miljardus gadu. Tas ir tuvu mūsdienās aplēstajam laikam, kas ir vēl vairāk precizēts līdz aptuveni 4560 miljoniem gadu.

Aprēķinā izmantota konvekcija viskozā šķidrumā, kā arī radioaktivitāte, tāpēc tajā Perija ideja apvienota ar radioaktivitātes efektu, lai gan Perija ieguldījums bija aizmirsts. Vēlākās zināšanas par plākšņu tektoniku ļāva pilnīgi droši apgalvot, ka apakšējā mantija ir viskozs šķidrums.

Saules sistēma

Tiek lēsts, ka Saules sistēmas veidošanās un evolūcija sākās pirms 4,568 miljardiem gadu, gravitācijas rezultātā sabrūkot nelielai daļai milzu molekulārā mākoņa. Būtībā visa sistēma attīstījās vienā un tajā pašā laika posmā.

Zinātniskās metodes izmantošana paredz, ka Zemes vecuma aprēķināšanai tiek izmantotas uniformitāras metodes. Hinduistu reliģija ir vistuvāk mūsdienu zinātniskajam novērtējumam. Daži kristieši un jūdi uzskata, ka 1. Mozus grāmatas radīšanas stāsts ir burtiski patiess, kas nozīmētu, ka Zeme tika radīta pirms 5000 līdz 10 000 gadu, un ka Zemes vecuma aprēķināšanai izmantotās metodes nav bijušas konsekventas visā Zemes vēsturē. Tomēr mūsdienās lielākā daļa cilvēku uzskata, ka uz šādiem jautājumiem vislabāk atbild zinātniskajām metodēm.

• Ģeohronoloģija
• Ģeoloģiskā laika skalas vēsture
• Dabas laika grafiks