Πως βρίσκουμε την ηλικία της Γης 4.54 δισεκατομμυρίων χρόνων;

Συχνές ερωτήσεις, Μάιος 2003

Μέχρι τώρα οι επιστήμονες δεν έχουν βρει έναν τρόπο να καθορίσουν την ακριβή ηλικία της Γης κατευθείαν από τους γήινους βράχους, επειδή οι παλαιότεροι βράχοι της Γης έχουν ανακυκλωθεί και καταστραφεί κάτω από τη διαδικασία της τεκτονικής κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών. Όμως, κι αν υπάρχουν κάπου μερικοί αρχέγονοι γήινοι βράχοι στην αρχική κατάστασή τους, δεν έχουν βρεθεί μέχρι σήμερα. Εντούτοις, οι επιστήμονες είναι σε θέση να καθορίσουν την πιθανή ηλικία του ηλιακού συστήματος και από εκεί την ηλικία της Γης, κάνοντας την υπόθεση ότι η Γη και τα υπόλοιπα σώματα στο ηλιακό σύστημα σχηματίστηκαν συγχρόνως. Άρα είναι, επομένως, της ίδιας ηλικίας.

Οι ηλικίες των βράχων της Γης και της Σελήνης καθώς και των μετεωριτών μετριούνται με τη μελέτη των διασπάσεων των ραδιενεργών ισοτόπων των μακρόβιων στοιχείων, που εμφανίζονται κατά φυσικό τρόπο στους βράχους και τα μεταλλεύματα και που διασπώνται. Ο χρόνος ημίσειας ζωής των στοιχείων αυτών είναι από 700 εκατομμύρια έτη έως και περισσότερο από 100 δισεκατομμύρια έτη. Αυτές οι τεχνικές χρονολόγησης, που στηρίζονται σταθερά στη φυσική και είναι γνωστές με το όνομα ραδιομετρική χρονολόγηση, χρησιμοποιούνται για να μετρήσουν την τελευταία φορά που ο βράχος, ο οποίος χρονολογείται είτε έλιωσε είτε διαταράχθηκε αρκετά για να ξαναομογενοποιήσει τα ραδιενεργά στοιχεία του.

Οι αρχαίοι βράχοι που υπερβαίνουν σε ηλικία τα 3.5 δισεκατομμύρια χρόνια βρίσκονται σε όλες τις ηπείρους της Γης. Οι παλαιότεροι βράχοι που έχουν βρεθεί μέχρι τώρα στη Γη είναι οι Acasta Gneisses στο βορειοδυτικό Καναδά κοντά στη Μεγάλη Λίμνη Slave (4.03 δισεκατομμύριο χρόνια) και οι βράχοι Isua Supracrustal στη Δυτική Γροιλανδία (3.7 έως 3.8 δισ. χρόνια), αλλά επίσης στην River Valley της Μινεσότας και το Βόρειο Μίτσιγκαν (3.5-3.7 δισ. χρόνια), στη Ζουαζηλάνδη (3.4-3.5 δισ. χρόνια), και στη δυτική Αυστραλία (3.4-3.6 δισ. χρόνια). Αυτοί οι αρχαίοι βράχοι έχουν χρονολογηθεί με διάφορες ραδιομετρικές μεθόδους χρονολόγησης και η συμφωνία των αποτελεσμάτων δείχνει ότι οι επιστήμονες έρευνες των ηλικιών είναι σωστές με ένα λάθος μερικά τοις εκατό.

Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτών των αρχαίων βράχων είναι ότι δεν είναι από ένα οποιοδήποτε είδος της "αρχέγονης κρούστας" αλλά είναι ροές και ιζήματα της λάβας, που κατακάθισε στα ρηχά νερά, μια ένδειξη ότι η γήινη ιστορία άρχισε πολύ πριν δημιουργηθούν αυτοί οι βράχοι. Στη Δυτική Αυστραλία, απλά κρύσταλλα ζιρκονίου, που βρέθηκαν στους νεώτερους ιζηματώδεις βράχους έχουν ραδιομετρικές ηλικίες τουλάχιστον 4.3 δισεκατομμύρια χρόνια, κάνοντας αυτά τα μικροσκοπικά κρύσταλλα τα παλαιότερα υλικά που έχουν μέχρι τώρα βρεθεί στη Γη. Οι μητρικοί βράχοι για αυτά τα κρύσταλλα ζιρκονίου δεν έχουν βρεθεί ακόμα. Οι ηλικίες που μετρήθηκαν για τους παλαιότερους γήινους βράχους και τα παλαιότερα κρύσταλλα δείχνουν ότι η Γη είναι τουλάχιστον 4.3 δισεκατομμυρίων χρονών αλλά δεν αποκαλύπτουν την ακριβή ηλικία του γήινου σχηματισμού.

Η καλύτερη ηλικία για τη Γη (4.54 δισ. χρονών) είναι βασισμένη στα παλαιά κράματα με μόλυβδο από τους μετεωρίτες σιδήρου, και πιο συγκεκριμένα στον μετεωρίτη του Canyon Diablo. Επιπλέον, ορυκτοί κόκκοι ζιρκονίου με U-Pb ηλικίας 4.4 δισ. χρόνων, αναφέρθηκε ότι βρέθηκαν πρόσφατα στους ιζηματογενείς βράχους στην κεντροδυτική Αυστραλία.

Το φεγγάρι είναι ένας πιο πρωτόγονος πλανήτης από τη Γη επειδή δεν έχει διαταραχτεί από την τεκτονική των λιθοσφαιρικών πλακών και κατά συνέπεια, μερικοί από τους αρχαιότερους βράχους της Σελήνης είναι πιο άφθονοι. Αλλά μόνο ένας μικρός αριθμός βράχων επιστράφηκε στη Γη από τις έξι αποστολές του Απόλλωνα και των τριών αποστολών Luna. Αυτοί οι βράχοι ποικίλλουν πολύ στην ηλικία, που αντανακλά τις διαφορετικές ηλικίες σχηματισμού τους και τις συνακόλουθες ιστορίες τους. Οι παλαιότεροι χρονολογημένοι βράχοι της Σελήνης, εντούτοις, έχουν ηλικίες μεταξύ 4.4 και 4.5 δισεκατομμυρίων χρόνων και παρέχουν μια ελάχιστη ηλικία για το σχηματισμό του κοντινότερου πλανητικού γείτονά μας.

Χιλιάδες μετεωρίτες, που είναι τμήματα αστεροειδών, που πέφτουν στη Γη, έχουν ανακτηθεί. Αυτά τα 'πρωτόγονα' αντικείμενα δίνουν τις καλύτερες ηλικίες για το χρόνο σχηματισμού του ηλιακού μας συστήματος. Υπάρχουν περισσότεροι από 70 μετεωρίτες, διαφορετικών τύπων, οι ηλικίες των οποίων έχουν μετρηθεί χρησιμοποιώντας τις ραδιομετρικές τεχνικές χρονολόγησης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μετεωρίτες, και επομένως το ηλιακό σύστημα, σχηματίστηκε πριν  4.53 έως 4.58 δισεκατομμύρια έτη πριν.

Η καλύτερη ηλικία για τη Γη βγαίνει όχι από τη χρονολόγηση των μεμονωμένων βράχων, αλλά θεωρώντας τη Γη και τους μετεωρίτες ως τμήμα του ίδιου εξελισσόμενου συστήματος. Σε αυτό η ισοτοπική σύνθεση του μολύβδου, συγκεκριμένα η αναλογία μόλυβδου-207 με το μόλυβδο-206 αλλάζει με το χρόνο εξ αιτίας της διάσπασης του ραδιενεργού ουρανίου 235 και 238, αντίστοιχα.

Με βάση αυτή την προσέγγιση οι επιστήμονες καθόρισαν το χρόνο, που απαιτείται για τα ισότοπα στα παλιότερα μεταλλεύματα μολύβδου της Γης (που υπάρχουν λίγα μόνο), για να εξελιχθούν από την αρχέγονη σύνθεσή τους (όπως μετριέται στους μετεωρίτες του σιδήρου χωρίς ουράνιο), στις σημερινές συνθέσεις τους.

Αυτοί λοιπόν οι υπολογισμοί οδηγούν σε μια ηλικία για τη Γη και τους μετεωρίτες, και ως εκ τούτου και για το ηλιακό μας σύστημα, 4.54 δισεκατομμυρίων ετών με μια αβεβαιότητα λιγότερο από 1 τοις εκατό.

Για την ακρίβεια, αυτή η ηλικία αντιπροσωπεύει την τελευταία φορά που τα ισότοπα του μολύβδου ήταν ομοιογενή  σε όλο το εσωτερικό ηλιακό σύστημα και το χρόνο που ο μόλυβδος και το ουράνιο ενσωματώθηκαν στα στερεά σώματα (πλανήτες-μετεωρίτες-αστεροειδείς) του ηλιακού συστήματος.

Η ηλικία 4.54 δισεκατομμυρίων ετών που βρέθηκε για το ηλιακό μας σύστημα και τη Γη είναι σύμφωνη με τους τρέχοντες υπολογισμούς των 11 έως 13 δισεκατομμυρίων ετών για την ηλικία του Γαλαξία μας (βασισμένων στο στάδιο της εξέλιξης των σφαιρικών σμηνών των άστρων) και την ηλικία των 14 δισεκατομμυρίων ετών για την ηλικία του Σύμπαντος (βασισμένου στην απομάκρυνση-διαστολή των μακρινών σε μας γαλαξιών).