HOE OUD IS DE AARDE?

Send

Dit artikel komt uit het Space Magazine-archief, maar is bijgewerkt met deze pittige video.

Hoe oud is de aarde? Wetenschappers denken dat de De aarde is 4,54 miljard jaar oud. Het is natuurlijk geen toeval; de zon en de planeten zijn allemaal miljarden jaren geleden samen gevormd uit een diffuse wolk van waterstof.

In het vroege zonnestelsel vormden alle planeten zich in de zonnevel. de overblijfselen die overblijven na de vorming van de zon. Kleine stofdeeltjes verzamelden zich samen tot grotere en grotere objecten - kiezels, rotsen, rotsblokken, enz. - totdat er veel planetoïden in het zonnestelsel waren. Deze planetoïden botsten tegen elkaar en uiteindelijk kwamen er genoeg samen om de grootte van een aarde te krijgen.

Op een bepaald moment in de vroege geschiedenis van de aarde stortte een planetoïde ter grootte van Mars op onze planeet. De resulterende botsing stuurde puin in een baan die uiteindelijk de maan werd.

Hoe weten wetenschappers dat de aarde 4,54 miljard jaar oud is? Het is eigenlijk moeilijk te onderscheiden van het oppervlak van de planeet alleen, omdat de platentektoniek het oppervlak voortdurend opnieuw vorm geeft. Oudere delen van het oppervlak glijden onder nieuwere platen om te worden gerecycled in de aardkern. De oudste rotsen die ooit op aarde zijn gevonden, zijn 4,0 - 4,2 miljard jaar oud.

Wetenschappers gaan ervan uit dat al het materiaal in het zonnestelsel tegelijkertijd is gevormd. Verschillende chemicaliën, en met name radioactieve isotopen, werden samen gevormd. Omdat ze in een zeer bekende snelheid vervallen, kunnen deze isotopen worden gemeten om te bepalen hoe lang de elementen bestaan. En door verschillende meteorieten van verschillende locaties in het zonnestelsel te bestuderen, weten wetenschappers dat de verschillende planeten allemaal tegelijkertijd zijn gevormd.

Mislukte methoden voor het berekenen van de leeftijd van de aarde
Onze huidige, nauwkeurige methode om de leeftijd van de aarde te meten, komt aan het einde van een lange reeks schattingen die door de geschiedenis zijn gemaakt. Slimme wetenschappers ontdekten kenmerken over de aarde en de zon die in de loop van de tijd veranderen en berekenden vervolgens hoe oud de planeet aarde daarvan is. Helaas waren ze allemaal om verschillende redenen gebrekkig.

Dalende zeespiegel - Benoit de Maillet, een Franse antropoloog die van 1656-1738 leefde en (onjuist) vermoedde dat fossielen op grote hoogte betekenden dat de aarde ooit bedekt was door een grote oceaan. Deze oceaan had ingenomen 2 miljard jaar om te verdampen tot de huidige zeespiegel. Wetenschappers hebben dit opgegeven toen ze zich realiseerden dat de zeespiegel van nature stijgt en daalt.
Koeling van de aarde – William Thompson, later bekend als Lord Kelvin, nam aan dat de aarde ooit een gesmolten kogel was met dezelfde temperatuur van de zon, en sindsdien afkoelt. Op basis van deze aannames berekende Thompson dat de aarde ergens tussenin zat 20 en 400 miljoen jaar om af te koelen tot de huidige temperatuur. Natuurlijk maakte Thompson verschillende onnauwkeurige aannames, over de temperatuur van de zon (het is eigenlijk 15 miljoen graden Kelvin in de kern), de temperatuur van de aarde (met zijn gesmolten kern) en hoe de zon is gemaakt van waterstof en de aarde is gemaakt van rock en metaal.
Koeling van de zon - In 1856 probeerde de Duitse natuurkundige Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz de leeftijd van de aarde te berekenen door de zon af te koelen. Hij berekende dat de zon zou hebben genomen 22 miljoen jaar uit een diffuse gas- en stofwolk tot zijn huidige diameter en temperatuur condenseren. Hoewel dit onnauwkeurig was, identificeerde Helmholtz correct dat de bron van de zonnewarmte werd aangedreven door zwaartekrachtcontractie.
Rock Erosion - In zijn boek, The Origin of Species by Means of Natural Selection, stelde Charles Darwin voor dat de erosie van krijtafzettingen een berekening van de minimumleeftijd van de planeet mogelijk zou kunnen maken. Darwin schatte dat een krijtformatie in de regio Weald in Engeland mogelijk was ontstaan 300 miljoen jaar om te weerstaan aan zijn huidige vorm.

Baan van de maan - George Darwin, de zoon van Charles Darwin, vermoedde dat de maan mogelijk uit de aarde was gevormd en naar de huidige locatie was afgedreven. De splijtingsleer suggereerde dat de snelle rotatie van de aarde ervoor zorgde dat een deel van de planeet de ruimte in spinde. Darwin berekende dat hij de maan in ieder geval had genomen 56 miljoen jaar om de huidige afstand tot de aarde te bereiken. We weten nu dat de maan waarschijnlijk is gevormd toen een object van Mars-formaat miljarden jaren geleden de aarde insloeg.
Zoutgehalte van de oceaan - In 1715 stelde de beroemde astronoom Edmund Halley voor om het zoutgehalte van de oceanen te gebruiken om de leeftijd van de planeet te schatten. Halley merkte op dat oceanen en meren die door stromen werden gevoed constant meer zout ontvingen, dat vervolgens bleef hangen toen het water verdampte. Na verloop van tijd zou het water zouter en zouter worden, waardoor een schatting kan worden gemaakt van hoe lang dit proces aan de gang is. Verschillende geologen gebruikten deze methode om te raden dat de aarde er tussenin was 80 en 150 miljoen jaar oud. Deze methode was gebrekkig omdat wetenschappers niet beseften dat geologische processen ook zout uit het water halen.

Radiometrische datering biedt een nauwkeurige methode om de leeftijd van de aarde te kennen
In 1896 ontdekte de Franse chemicus A. Henri Becquerel radioactiviteit, het proces waarbij materialen in andere materialen vervallen en energie vrijmaken. Geologen realiseerden zich dat het binnenste van de aarde een grote hoeveelheid radioactief materiaal bevatte, en dit zou hun berekeningen voor het tijdperk van de aarde in het gedrang brengen. Hoewel deze ontdekking gebreken aan het licht bracht in de vorige methoden voor het berekenen van de leeftijd van de aarde, leverde het een nieuwe methode op: radiometrische datering.

Geologen ontdekten dat radioactieve materialen met een zeer voorspelbare snelheid in andere elementen vervallen. Sommige materialen vervallen snel, terwijl andere miljoenen of zelfs miljarden jaren nodig hebben om volledig te vervallen. Ernest Rutherford en Frederick Soddy, werkzaam aan de McGill University, stelden vast dat de helft van een isotoop van een radioactief element tegen een vaste snelheid in een ander isotoop vervalt. Als u bijvoorbeeld een bepaalde hoeveelheid Thorium-232 heeft, zal de helft ervan over een miljard jaar vervallen, en dan zal de helft van dat bedrag in nog een miljard jaar vervallen. Dit is de bron van de term "halfwaardetijd".

Door de halfwaardetijden van radioactieve isotopen te meten, konden geologen een meetladder bouwen waarmee ze de leeftijd van geologische formaties, inclusief de aarde, nauwkeurig konden berekenen. Ze gebruikten het verval van uranium in verschillende isotopen van lood. Door de hoeveelheid van drie verschillende isotopen van lood (Pb-206, Pb-207 en Pb-208 of Pb-204) te meten, kunnen geologen berekenen hoeveel uranium oorspronkelijk in een materiaalmonster zat.

Als het zonnestelsel is gevormd uit een gemeenschappelijke pool van materie, met uniform verdeelde Pb-isotopen, dan zouden alle objecten uit die pool van materie vergelijkbare hoeveelheden van de isotopen moeten vertonen. Ook zullen in de loop van de tijd de hoeveelheden Pb-206 en Pb-207 veranderen omdat deze isotopen eindproducten zijn van uraniumbederf. Hierdoor verandert de hoeveelheid lood en uranium. Hoe hoger de uranium-tot-loodverhouding van een gesteente, hoe meer de Pb-206 / Pb-204- en Pb-207 / Pb-204-waarden met de tijd zullen veranderen. Stel dat de bron van het zonnestelsel ook uniform was verdeeld met uraniumisotopen, dan kun je een datalijn tekenen met een lood-naar-uraniumplot en, vanaf de helling van de lijn, de hoeveelheid tijd die is verstreken sinds de pool van materie werd gescheiden in individuele objecten kan worden berekend.

Bertram Boltwood paste deze methode van dateren toe op 26 verschillende monsters van rotsen en ontdekte dat ze ertussen waren gevormd 92 en 570 miljoen jaar oud, en verdere verfijningen van de techniek gaven eeuwen tussen 250 miljoen tot 1,3 miljard jaar.

Geologen begonnen de aarde te verkennen, op zoek naar de oudste rotsformaties ter wereld. De oudste oppervlakte gesteente wordt gevonden in Canada, Australië en Afrika, met leeftijden variërend van 2,5 tot 3,8 miljard jaar. De alleroudste rots werd in 1999 in Canada ontdekt en wordt geschat op iets meer dan 4 miljard jaar oud.

Dit stelde een minimumleeftijd voor de aarde vast, maar dankzij geologische processen zoals verwering en platentektoniek zou het nog ouder kunnen zijn.

Meteorieten als laatste antwoord op het tijdperk van de aarde
Het probleem met het meten van de leeftijd van rotsen op aarde is dat de planeet constant geologisch verandert. Platentektoniek recycleert constant delen van de aarde, vermengt het en verbergt voor altijd de oudste delen van de planeet. Maar in de veronderstelling dat alles in het zonnestelsel tegelijkertijd is gevormd, zijn meteorieten in de ruimte niet beïnvloed door verwering en platentektoniek hier op aarde.

Geologen gebruikten deze ongerepte objecten, zoals de Canyon Diablo-meteoriet (de fragmenten van de asteroïde die de Barringer-krater beïnvloedde) als een manier om de ware leeftijd van het zonnestelsel en dus de aarde te achterhalen. Door het radiometrische dateringssysteem op deze meteorieten te gebruiken, hebben geologen kunnen vaststellen dat de aarde dat is 4,54 miljard jaar oud binnen een foutmarge van ongeveer 1%.

Bronnen:
Wetenschap begrijpen - Lord Kelvin
USGS Age of the Earth
Lord Kelvins mislukte wetenschappelijke klok
De rol van radioactief verval
Astronomy Cast Aflevering 51: Aarde
Oudste rotsformaties gevonden