โลกมีอายุเท่าไหร่?

บทความนี้มาจากบทความใน Space Magazine แต่ได้รับการอัปเดตด้วยวิดีโอที่สวยงาม

โลกมีอายุเท่าไหร่ นักวิทยาศาสตร์คิดว่า โลกมีอายุ 4.54 พันล้านปี. แน่นอนไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ทั้งหมดรวมตัวกันจากกลุ่มเมฆไฮโดรเจนที่กระจายตัวเมื่อหลายพันล้านปีก่อน

ในระบบสุริยะยุคแรกดาวเคราะห์ทั้งหมดก่อตัวขึ้นในเนบิวลาสุริยะ เศษที่เหลือจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์ ฝุ่นละอองขนาดเล็กรวมตัวกันเป็นวัตถุขนาดใหญ่และขนาดใหญ่เช่นก้อนกรวดหินก้อนหิน ฯลฯ จนกระทั่งมีดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากในระบบสุริยะ ดาวเคราะห์เหล่านี้ชนเข้าด้วยกันและในที่สุดก็มารวมกันเป็นขนาดโลก

ในบางช่วงของประวัติศาสตร์โลกมีดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวอังคารชนเข้ากับดาวเคราะห์ของเรา การชนที่เกิดขึ้นส่งเศษซากขึ้นสู่วงโคจรในที่สุดก็กลายเป็นดวงจันทร์

นักวิทยาศาสตร์รู้ได้อย่างไรว่าโลกมีอายุ 4.54 พันล้านปี จริง ๆ แล้วเป็นการยากที่จะบอกจากพื้นผิวของดาวเคราะห์เพียงอย่างเดียวเนื่องจากแผ่นเปลือกโลกของแผ่นเปลือกโลกปรับสภาพผิวของมันอย่างต่อเนื่อง ชิ้นส่วนที่มีอายุมากกว่าของสไลด์พื้นผิวใต้แผ่นเปลือกโลกที่ใหม่กว่าเพื่อนำไปรีไซเคิลในแกนกลางของโลก หินที่เก่าแก่ที่สุดที่เคยพบบนโลกคือ 4.0 - 4.2 พันล้านปี

นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าวัสดุทั้งหมดในระบบสุริยะก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกัน สารเคมีต่าง ๆ และไอโซโทปกัมมันตรังสีโดยเฉพาะถูกสร้างขึ้นพร้อมกัน เนื่องจากพวกมันสลายตัวในอัตราที่รู้จักกันดีไอโซโทปเหล่านี้จึงสามารถวัดได้เพื่อกำหนดระยะเวลาที่องค์ประกอบมีอยู่ และจากการศึกษาอุกกาบาตที่แตกต่างจากสถานที่ต่าง ๆ ในระบบสุริยะนักวิทยาศาสตร์รู้ว่าดาวเคราะห์ต่าง ๆ ก่อตัวขึ้นพร้อมกัน

วิธีการล้มเหลวในการคำนวณอายุของโลก
วิธีการวัดที่แม่นยำและเป็นปัจจุบันของเราในยุคของโลกนั้นมาถึงจุดสิ้นสุดของการประมาณแบบยาวที่เกิดขึ้นในประวัติศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ที่ฉลาดค้นพบคุณสมบัติเกี่ยวกับโลกและดวงอาทิตย์ที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาและจากนั้นคำนวณว่าโลกมีอายุเท่าไร น่าเสียดายที่พวกเขามีข้อบกพร่องด้วยเหตุผลต่างๆ

• ระดับน้ำทะเลลดลง - เบอนัวต์เดอเมลเล็ตนักมานุษยวิทยาชาวฝรั่งเศสที่อาศัยอยู่ในช่วงปีค. ศ. 1656-1738 และเดา (ไม่ถูกต้อง) ว่าฟอสซิลที่ระดับความสูงหมายถึงโลกถูกปกคลุมด้วยมหาสมุทรขนาดใหญ่ มหาสมุทรแห่งนี้ได้รับ 2 พันล้านปี เพื่อระเหยให้เป็นระดับน้ำทะเลในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ละทิ้งสิ่งนี้เมื่อพวกเขาตระหนักว่าระดับน้ำทะเลสูงขึ้นและลดลงตามธรรมชาติ
• ความเย็นของโลก – วิลเลียม ธ อมป์สันซึ่งต่อมารู้จักกันในชื่อลอร์ดเคลวินสันนิษฐานว่าโลกเคยเป็นหินหลอมเหลวที่มีอุณหภูมิเท่ากันกับดวงอาทิตย์และจากนั้นก็เย็นลงเรื่อย ๆ ธ อมป์สันได้คำนวณว่าโลกอยู่ที่ใดที่หนึ่งตามสมมติฐานเหล่านี้ 20 และ 400 ล้านปี เพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิปัจจุบัน แน่นอน ธ อมป์สันได้ตั้งสมมติฐานที่ไม่ถูกต้องหลายประการเกี่ยวกับอุณหภูมิของดวงอาทิตย์ (จริง ๆ คือ 15 ล้านองศาเคลวินที่แกนกลาง) อุณหภูมิของโลก (ที่มีแกนหลอมเหลว) และวิธีการที่ดวงอาทิตย์ทำจากไฮโดรเจนและโลก ทำจากหินและโลหะ
• ความเย็นของดวงอาทิตย์ - ในปี ค.ศ. 1856 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อแฮร์มันน์ลุดวิกเฟอร์ดินานด์ฟอนเฮล์มโฮลทซ์พยายามคำนวณอายุของโลกด้วยการเย็นลงของดวงอาทิตย์ เขาคำนวณว่าดวงอาทิตย์น่าจะได้ 22 ล้านปี เพื่อย่อลงสู่เส้นผ่านศูนย์กลางและอุณหภูมิในปัจจุบันจากก้อนเมฆของก๊าซและฝุ่นละออง แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่ถูกต้อง แต่เฮล์มโฮลทซ์ระบุอย่างถูกต้องว่าแหล่งที่มาของความร้อนของดวงอาทิตย์นั้นเกิดจากการหดตัวของแรงโน้มถ่วง
• การพังทลายของหิน - ในหนังสือของเขาชื่อชาร์ตสปีชี่ส์โดยวิธีการคัดเลือกโดยธรรมชาติชาร์ลส์ดาร์วินเสนอว่าการพังทลายของคราบชอล์กอาจทำให้เกิดการคำนวณอายุขั้นต่ำของดาวเคราะห์ ดาร์วินคาดการณ์ว่ารูปแบบชอล์คในภูมิภาค Weald ของอังกฤษอาจเกิดขึ้นได้ 300 ล้านปี เพื่อสภาพอากาศในรูปแบบปัจจุบัน
• วงโคจรของดวงจันทร์ - จอร์จดาร์วินลูกชายของชาร์ลส์ดาร์วินเดาว่าดวงจันทร์อาจก่อตัวขึ้นจากพื้นโลกและลอยออกไปยังตำแหน่งปัจจุบัน ทฤษฎีฟิชชันเสนอว่าการหมุนอย่างรวดเร็วของโลกทำให้เกิดก้อนของดาวเคราะห์หมุนออกไปในอวกาศ ดาร์วินคำนวณว่าใช้เวลาอย่างน้อยที่สุด 56 ล้านปี เพื่อเข้าถึงระยะทางปัจจุบันจากโลก ตอนนี้เรารู้แล้วว่าดวงจันทร์อาจเกิดขึ้นเมื่อวัตถุขนาดเท่าดาวอังคารถูกชนเข้ากับโลกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน
• ความเค็มของมหาสมุทร - ในปี ค.ศ. 1715 นักดาราศาสตร์ชื่อดัง Edmund Halley เสนอว่าสามารถใช้ความเค็มของมหาสมุทรเพื่อประเมินอายุของดาวเคราะห์ ฮัลเลย์ตั้งข้อสังเกตว่ามหาสมุทรและทะเลสาบที่ได้รับลำธารนั้นได้รับเกลือมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งจะติดอยู่รอบ ๆ เมื่อน้ำระเหย เมื่อเวลาผ่านไปน้ำก็จะยิ่งเค็มขึ้นและเค็มขึ้นซึ่งจะช่วยให้ประเมินว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นนานแค่ไหน นักธรณีวิทยาหลายคนใช้วิธีนี้ในการเดาว่าโลกอยู่ระหว่าง อายุ 80 และ 150 ล้านปี. วิธีการนี้มีข้อบกพร่องเพราะนักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่ากระบวนการทางธรณีวิทยากำลังสกัดเกลือออกจากน้ำเช่นกัน

การหาคู่ด้วยการฉายรังสีให้วิธีการที่แม่นยำในการรู้อายุของโลก
ในปี 1896 นักเคมีชาวฝรั่งเศส A. Henri Becquerel ค้นพบกัมมันตภาพรังสีกระบวนการที่วัสดุสลายตัวเป็นวัสดุอื่น ๆ ปล่อยพลังงาน นักธรณีวิทยาตระหนักว่าการตกแต่งภายในของโลกบรรจุวัสดุกัมมันตรังสีจำนวนมากและสิ่งนี้จะทำให้การคำนวณของพวกเขากลายเป็นยุคของโลก แม้ว่าการค้นพบนี้จะเปิดเผยข้อบกพร่องในวิธีการก่อนหน้านี้ในการคำนวณอายุของโลก แต่ก็มีวิธีการใหม่: เรดิโอเดท.

นักธรณีวิทยาค้นพบว่าวัสดุกัมมันตรังสีสลายตัวเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ ในอัตราที่คาดการณ์ได้มาก วัสดุบางชนิดสลายตัวเร็วในขณะที่วัสดุอื่นอาจใช้เวลาหลายล้านหรือหลายพันล้านปีในการสลายตัว เออร์เนสต์รัทเธอร์ฟอร์ดและเฟรดเดอริกโซด์ดี้ทำงานที่มหาวิทยาลัยแมคกิลล์พิจารณาว่าครึ่งหนึ่งของไอโซโทปของธาตุกัมมันตรังสีสลายตัวไปเป็นไอโซโทปอื่นในอัตราที่กำหนด ตัวอย่างเช่นหากคุณมีจำนวนทอเรียม -232 จำนวนครึ่งหนึ่งจะสลายไปเป็นเวลาพันล้านปีจากนั้นครึ่งหนึ่งของจำนวนนั้นจะสลายตัวในอีกพันล้านปี นี่คือที่มาของคำว่า "ครึ่งชีวิต"

โดยการวัดครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีนักธรณีวิทยาสามารถสร้างบันไดวัดที่ให้พวกเขาคำนวณอายุของการก่อตัวทางธรณีวิทยาได้อย่างแม่นยำรวมถึงโลก พวกเขาใช้การสลายตัวของยูเรเนียมเป็นไอโซโทปของตะกั่วหลายชนิด โดยการวัดปริมาณของไอโซโทปตะกั่วสามชนิดที่แตกต่างกัน (Pb-206, Pb-207 และ Pb-208 หรือ Pb-204) นักธรณีวิทยาสามารถคำนวณจำนวนยูเรเนียมในตัวอย่างของวัสดุได้

หากระบบสุริยะก่อตัวขึ้นจากแหล่งรวมของสสารที่มีไอโซโทป Pb กระจายอย่างสม่ำเสมอดังนั้นวัตถุทั้งหมดจากแหล่งรวมสสารนั้นควรแสดงไอโซโทปในปริมาณที่ใกล้เคียงกัน นอกจากนี้เมื่อเวลาผ่านไปปริมาณของ Pb-206 และ Pb-207 จะเปลี่ยนไปเพราะไอโซโทปเหล่านี้เป็นผลสุดท้ายของการสลายตัวของยูเรเนียม ทำให้ปริมาณตะกั่วและยูเรเนียมเปลี่ยนไป ยิ่งอัตราส่วนยูเรเนียมต่อตะกั่วของหินสูงเท่าไรค่า Pb-206 / Pb-204 และ Pb-207 / Pb-204 ก็จะเปลี่ยนตามเวลา ทีนี้สมมติว่าที่มาของระบบสุริยจักรวาลมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอกับไอโซโทปยูเรเนียมจากนั้นคุณสามารถวาดเส้นข้อมูลที่แสดงพล็อตนำไปสู่ยูเรเนียมและจากความชันของเส้นเวลาที่ผ่านไปนับตั้งแต่ กลุ่มของสสารกลายเป็นวัตถุแยกกันได้

โรงแรมเบอร์แทรมโบลท์วู้ดใช้วิธีการนี้ในการหาตัวอย่างของหิน 26 ตัวอย่างและค้นพบว่าพวกมันก่อตัวขึ้นระหว่างนั้น อายุ 92 และ 570 ล้านปีและการปรับแต่งเพิ่มเติมเพื่อให้เทคนิคมีอายุระหว่าง 250 ล้านถึง 1.3 พันล้านปี.

นักธรณีวิทยาเริ่มสำรวจโลกเพื่อค้นหาหินที่เก่าแก่ที่สุดในโลก หินผิวที่เก่าแก่ที่สุดพบได้ในแคนาดาออสเตรเลียและแอฟริกาโดยมีอายุตั้งแต่ 2.5 ถึง 3.8 พันล้านปี. หินที่เก่าแก่ที่สุดถูกค้นพบในแคนาดาในปี 1999 และคาดว่าจะมีอายุมากกว่า 4 พันล้านปี

ชุดนี้มีอายุขั้นต่ำของโลก แต่ด้วยกระบวนการทางธรณีวิทยาเช่นการผุกร่อนและการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก

อุกกาบาตเป็นคำตอบสุดท้ายสำหรับยุคของโลก
ปัญหาเกี่ยวกับการวัดอายุของหินบนโลกคือโลกอยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาอย่างต่อเนื่อง การแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกจะทำการรีไซเคิลส่วนหนึ่งของโลกอย่างต่อเนื่องผสมกันและซ่อนอยู่ตลอดภูมิภาคที่เก่าแก่ที่สุดของโลก แต่สมมติว่าทุกสิ่งในระบบสุริยะก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกันอุกกาบาตในอวกาศก็ไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ จากสภาพอากาศและแผ่นเปลือกโลกบนโลก

นักธรณีวิทยาใช้วัตถุที่เก่าแก่เหล่านี้เช่นอุกกาบาตหุบเขาดิอาโบลอุกกาบาต (ชิ้นส่วนของดาวเคราะห์น้อยที่ส่งผลกระทบต่อที่ปากปล่องภูเขาไฟบาริงเกอร์) เป็นวิธีที่จะได้อายุที่แท้จริงของระบบสุริยะและโลก ด้วยการใช้ระบบการหาคู่ด้วยคลื่นวิทยุบนอุกกาบาตเหล่านี้นักธรณีวิทยาสามารถระบุได้ว่าโลกเป็นอย่างไร 4.54 พันล้านปี ภายในระยะเวลาของข้อผิดพลาดประมาณ 1%

แหล่งที่มา:
เข้าใจวิทยาศาสตร์ - ลอร์ดเคลวิน
USGS Age of the Earth
นาฬิกาวิทยาศาสตร์ล้มเหลวของลอร์ดเคลวิน
บทบาทของการสลายกัมมันตรังสี
ดาราศาสตร์ตอนที่ 51: Earth
พบการก่อตัวของหินที่เก่าแก่ที่สุด

พอดคาสต์ (เสียง): ดาวน์โหลด (ระยะเวลา: 2:49 - 2.6MB)

สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS

พอดคาสต์ (วิดีโอ): ดาวน์โหลด (73.4MB)

สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS