Възраст на Земята — 4,5 млрд години: доказателства и методи

Първите факти за Земята са изведени от древните гърци. Ератостен (276 г. пр.н.е.-194 г. пр.н.е.) е направил добра оценка на размера на Земята с помощта на тригонометрия.

Първата оценка на възрастта на Земята, основана на доказателства, е направена от Беноа дьо Мейле (1656-1738 г.), френски дипломат, философ и естествоизпитател. Той смята, че Земята трябва да се е развивала бавно, чрез естествени сили. Той е изучавал геология на терен. Виждал признаци на ерозия на сушата и утаяване в морето. Скрива идеите си под прикритието на разговор с индийски философ, за да избегне конфликт с Католическата църква. Трудът му остава в ръкопис до смъртта му, когато е публикуван, след като редакторът му е направил промени, които са му навредили. Сега има по-добро съвременно издание, базирано на ръкописите. дьо Мейле изчислява, че Земята е по-стара от два милиарда години. Той също така признава истинската същност на вкаменелостите и има ранни идеи за еволюцията.

През последната четвърт на XIX в. се водят продължителни дебати за възрастта на Земята. В книгата си "Принципи на геологията" (1830-33 г.) Чарлз Лайъл показва, че Земята се е променяла бавно и че това, което виждаме, е резултат от постепенни промени. Този униформизъм очевидно означава, че Земята е древна, макар че Лайъл не се опитва да определи колко стара е тя.

Неговият по-млад приятел Чарлз Дарвин също вярва в това. Дарвин вижда, че ако еволюцията е била осъществена, е трябвало да мине много време. Освен това между ранните вкаменелости в камбрийските пластове и сегашната земна повърхност има огромно количество седиментни скали. Дарвин и Лайъл се съгласили, че е било необходимо много дълго време, за да се отложат толкова много скали.

В първото издание на "За произхода на видовете" (1859 г.) Дарвин е изчислил, че ерозията на Съсекс Уейлд е отнела 300 милиона години.^p314 И той, и Лайъл са изненадани, когато физикът Уилям Томсън (лорд Келвин) заявява, че Земята не е толкова стара, колкото са смятали. Той направил изчисление въз основа на това колко време е било необходимо на Земята, за да се охлади до сегашната си температура, при начална температура от 2000^o C. Резултатът на Келвин се основава на идеята, че геотермалният градиент в близост до повърхността отразява проводящото охлаждане на твърдата Земя.

Той направи това изчисление няколко пъти, като направи различни предположения. През 1862 г. изчисленията му са между 20 и 400 милиона години, но през 1866 г. той намалява горната оценка на 100 милиона години и напада Дарвин и Лайл, че не са обърнали внимание на изчисленията му. Знаем, че Дарвин е бил разтревожен и притеснен, че това няма да е достатъчно дълъг период, за да позволи еволюцията. Томас Хенри Хъксли отбелязва, че изчисленията на Келвин са добри, но предположенията му са погрешни. През 1897 г. Келвин направил изчисленията за последен път и стигнал до 20 до 40 милиона години. Това, разбира се, определено не е достатъчно време, за да се осъществи еволюция. Оливър Хевисайд също не бил съгласен и предложил алтернативен геотермален модел. В крайна сметка се оказа, че и Келвин, и Хевисайд са сгрешили.

Вискозна мантия

Точно в края на XIX в. някой осъзнава, че ако мантията е силно вискозна (лепкава) течност, това би имало голямо значение за изчисленията. През 1895 г. Джон Пери, бивш асистент на Келвин, изчислява възрастта на Земята на 2 до 3 милиарда години, като използва модел на конвективна мантия и тънка кора.

В модела на Келвин топлината на повърхността на Земята се получава от охлаждането на плитка външна кора, като се предполага, че Земята е твърда. Но ако проводимостта във вътрешността на Земята е много по-висока, отколкото на повърхността, тогава земното ядро и долната мантия също биха се охладили. Това би осигурило огромен запас от енергия за повърхността. В този случай оценката на Келвин за възрастта на Земята би била многократно занижена.

Основната причина на Пери е, че конвекцията в течната или частично течната вътрешност на Земята ще пренася топлина много по-ефективно, отколкото проводимостта:

"... голяма вътрешна течливост на практика би означавала безкрайна проводимост за нашата цел".

Келвин се придържа към оценката си от 100 милиона години, а по-късно я намалява на около 20 милиона години.

Сега знаем, че съществуването на вискозна течност под тънка кора е много по-важен фактор от откриването на радиоактивността, което дълги години беше учебникарското обяснение. Преоткриването и преразглеждането на работата на Пери е съвсем скорошно.

През 1896 г. Анри Бекерел открива радиоактивността. През 1903 г. той си поделя Нобеловата награда за физика с Пиер и Мария Кюри "като признание за изключителните му заслуги за откриването на спонтанната радиоактивност".

В крайна сметка се разбра, че радиоактивността е основен източник на топлина в Земята.^p206 През 1921 г. е направена първата съвременна оценка с помощта на радиометрично датиране. Тя се основава на уран-оловното датиране: скоростта на разпадане на урана до олово в земната кора, извършено от Хенри Норис Ръсел. През 1949 г. Х. Е. Зюс изчислил, че са изминали от 2 до 8 милиарда години.^{стр. 27, таблица 3.1 Въз} основа на цял набор от радиоактивни изотопи Х. Е. Зюс изчислил, че са изминали от 4 до 5 милиарда години. Това е близко до времето, което оценяваме днес и което е допълнително уточнено до около 4560 милиона години.

Изчислението използва конвекция във вискозна течност, както и радиоактивност, така че съчетава идеята на Пери с ефекта на радиоактивността, въпреки че приносът на Пери е бил забравен. По-късните познания за тектониката на плочите правят съвсем сигурно, че долната мантия е вискозна течност.

Слънчева система

Смята се, че формирането и еволюцията на Слънчевата система са започнали преди 4,568 милиарда години с гравитационния колапс на малка част от гигантски молекулярен облак. В общи линии цялата система се е развила за същия период от време.

Използването на научния метод предполага униформистки методи за изчисляване на възрастта на Земята. Хиндуистката религия се доближава най-много до съвременната научна оценка. Някои християни и евреи вярват, че разказът за сътворението на света в Битие е буквално верен, което би означавало, че Земята е създадена преди 5000 до 10 000 години, а методите, използвани за изчисляване на възрастта, не са били постоянни през цялата история на Земята. В наши дни обаче повечето хора смятат, че на подобни въпроси най-добре се отговаря с научни методи.

• Геохронология
• История на геоложката скала на времето
• Времева линия на природата