Starost Zemlje: znanstvena razlaga in dokazi (4,5 milijarde let)

V zadnji četrtini 19. stoletja je potekala dolgotrajna razprava o starosti Zemlje. Charles Lyell je v knjigi Principles of Geology (1830-33) pokazal, da se je Zemlja spreminjala počasi in da je to, kar vidimo, posledica postopnih sprememb. Ta uniformiranost je jasno pomenila, da je Zemlja stara, čeprav Lyell ni poskušal ugotoviti, kako stara je.

V to je verjel tudi njegov mlajši prijatelj Charles Darwin. Darwin je menil, da bi evolucija, če bi se zgodila, trajala zelo dolgo. Poleg tega je med zgodnjimi fosili v kambrskih plasteh in sedanjim zemeljskim površjem ogromna količina sedimentnih kamnin. Darwin in Lyell sta se strinjala, da bi bilo potrebno zelo veliko časa, da bi se odložilo toliko kamnin.

Darwin je v prvi izdaji knjige O izvoru vrst (1859) ocenil, da je erozija Sussex Wealda trajala 300 milijonov let.^p314 Tako on kot Lyell sta bila presenečena, ko je fizik William Thomson (lord Kelvin) dejal, da Zemlja ne more biti tako stara, kot sta mislila. Izračun je opravil na podlagi tega, koliko časa je Zemlja potrebovala, da se je ohladila na sedanjo temperaturo, če je bila začetna temperatura 2 000 °C^o. Kelvinov rezultat je temeljil na zamisli, da geotermalni gradient v bližini površja odraža prevodno ohlajanje trdne Zemlje.

Ta izračun je opravil večkrat in pri tem upošteval različne predpostavke. Leta 1862 je njegova ocena znašala med 20 in 400 milijoni let, leta 1866 pa je zgornjo oceno zmanjšal na 100 milijonov let in napadel Darwina in Lylea, ker se nista zmenila za njegov izračun. Vemo, da je bil Darwin vznemirjen in zaskrbljen, da to ne bo dovolj dolgo, da bi omogočilo evolucijo. Thomas Henry Huxley je pripomnil, da so Kelvinovi izračuni dobri, vendar so bile njegove predpostavke napačne. Leta 1897 je Kelvin še zadnjič opravil izračun in prišel do 20 do 40 milijonov let. To seveda ni dovolj dolgo obdobje za evolucijo. Tudi Oliver Heaviside se s tem ni strinjal in je predlagal alternativni geotermalni model. Sčasoma se je izkazalo, da sta se tako Kelvin kot Heaviside motila.

Viskozni plašč

Ob koncu 19. stoletja je nekdo ugotovil, da če je plašč zelo viskozna (lepljiva) tekočina, bi to močno vplivalo na izračune. Leta 1895 je John Perry, nekdanji Kelvinov pomočnik, na podlagi modela konvektivnega plašča in tanke skorje ocenil starost Zemlje na 2 do 3 milijarde let.

V Kelvinovem modelu je toplota na Zemljini površini posledica ohlajanja plitve zunanje skorje ob predpostavki trdne Zemlje. Če pa bi bila prevodnost v notranjosti Zemlje veliko večja kot na površju, bi se ohladila tudi Zemljino jedro in spodnji plašč. To bi zagotovilo ogromno zalogo energije na površju. V tem primeru bi bila Kelvinova ocena starosti Zemlje mnogokrat prenizka.

Perryjev glavni razlog je bil, da bi konvekcija v tekoči ali delno tekoči notranjosti Zemlje prenašala toploto veliko učinkoviteje kot kondukcija:

"... veliko notranje tekočine bi za naš namen praktično pomenilo neskončno prevodnost".

Kelvin je vztrajal pri svoji oceni 100 milijonov let, pozneje pa jo je zmanjšal na približno 20 milijonov let.

Zdaj vemo, da je obstoj viskozne tekočine pod tanko skorjo veliko pomembnejši dejavnik kot odkritje radioaktivnosti, ^[]ki je bila dolga leta učbeniška razlaga. Perryjevo delo je bilo ponovno odkrito in preučeno pred kratkim.

Leta 1896 je Henri Becquerel odkril radioaktivnost. Leta 1903 je skupaj s Pierrom in Marie Curie prejel Nobelovo nagrado za fiziko "kot priznanje za izjemne zasluge, ki jih je opravil z odkritjem spontane radioaktivnosti".

Sčasoma so ugotovili, da je radioaktivnost glavni vir toplote v Zemlji.^p206 Leta 1921 je bila opravljena prva sodobna ocena z radiometričnim datiranjem. Temeljila je na uran-osvinčenem datiranju: hitrost razpada urana v svinec v Zemljini skorji, ki ga je opravil Henry Norris Russell. Na podlagi cele vrste radioaktivnih izotopov je leta 1949 H. E. Suess ocenil, da gre za 2 do 8 milijard let. ^{str. 27, preglednica 3.}1. To je blizu časa, ki ga ocenjujemo danes in ki je bil še dodatno izpopolnjen na približno 4560 milijonov let.

Izračun uporablja konvekcijo v viskozni tekočini in radioaktivnost, tako da združuje Perryjevo zamisel z učinkom radioaktivnosti, čeprav je bil Perryjev prispevek pozabljen. S poznejšim poznavanjem tektonike plošč je bilo povsem gotovo, da je spodnji plašč viskozna tekočina.

Sončni sistem

Nastajanje in razvoj Osončja naj bi se začela pred 4,568 milijarde let z gravitacijskim kolapsom majhnega dela velikanskega molekularnega oblaka. V bistvu se je celoten sistem razvil v istem časovnem obdobju.

Uporaba znanstvene metode predpostavlja uniformne metode za izračun starosti Zemlje. Hindujska religija se najbolj približuje današnji znanstveni oceni. Nekateri kristjani in Judje verjamejo, da je pripoved o stvarjenju iz Geneze dobesedno resnična, kar bi pomenilo, da je bila Zemlja ustvarjena pred 5000 do 10 000 leti, metode za izračun starosti pa v vsej zemeljski zgodovini niso bile dosledne. Vendar dandanes večina ljudi meni, da na takšna vprašanja najbolje odgovarjajo znanstvene metode.

• Geokronologija
• Zgodovina geološke časovne lestvice
• Časovna lestvica narave