TRáI ĐẤT BAO NHIêU TUỔI?

Send

Bài viết này xuất phát từ kho lưu trữ Tạp chí Không gian, nhưng đã được cập nhật với video khó hiểu này.

Trái đất bao nhiêu tuổi? Các nhà khoa học nghĩ rằng Trái đất 4,54 tỷ năm tuổi. Tất nhiên, nó không phải là một sự trùng hợp ngẫu nhiên; Mặt trời và các hành tinh đều hình thành cùng nhau từ một đám mây hydro khuếch tán hàng tỷ năm trước.

Trong Hệ Mặt trời sơ khai, tất cả các hành tinh được hình thành trong tinh vân mặt trời; tàn dư còn sót lại từ sự hình thành của Mặt trời. Các hạt bụi nhỏ được tập hợp lại thành các vật thể lớn hơn và lớn hơn - đá cuội, đá, đá cuội, v.v. - cho đến khi có nhiều hành tinh trong Hệ Mặt Trời. Những hành tinh này va chạm với nhau và cuối cùng đủ để trở thành kích cỡ Trái đất.

Tại một số thời điểm trong lịch sử ban đầu của Trái đất, một hành tinh có kích thước bằng sao Hỏa đã đâm vào hành tinh của chúng ta. Vụ va chạm đã khiến các mảnh vỡ rơi vào quỹ đạo mà cuối cùng trở thành Mặt trăng.

Làm thế nào để các nhà khoa học biết Trái đất 4,54 tỷ năm tuổi? Nó thực sự khó nói từ bề mặt hành tinh, vì kiến tạo mảng liên tục định hình lại bề mặt của nó. Các bộ phận cũ hơn của trượt bề mặt dưới các tấm mới hơn sẽ được tái chế trong lõi Trái đất. Những tảng đá lâu đời nhất từng được tìm thấy trên Trái đất là 4,0 - 4,2 tỷ năm tuổi.

Các nhà khoa học cho rằng tất cả các vật liệu trong Hệ Mặt trời hình thành cùng một lúc. Các hóa chất khác nhau, và các đồng vị phóng xạ đặc biệt được hình thành cùng nhau. Vì chúng phân rã theo một tỷ lệ rất nổi tiếng, những đồng vị này có thể được đo để xác định thời gian tồn tại của các nguyên tố. Và bằng cách nghiên cứu các thiên thạch khác nhau từ các vị trí khác nhau trong Hệ Mặt Trời, các nhà khoa học biết rằng tất cả các hành tinh khác nhau đều hình thành cùng một lúc.

Phương pháp thất bại để tính tuổi của trái đất
Phương pháp đo tuổi chính xác hiện tại của chúng ta xuất hiện ở phần cuối của một loạt các ước tính dài được thực hiện trong lịch sử. Các nhà khoa học thông minh đã phát hiện ra các đặc điểm về Trái đất và Mặt trời thay đổi theo thời gian và sau đó tính toán hành tinh Trái đất bao nhiêu tuổi từ đó. Thật không may, tất cả họ đều thiếu sót vì nhiều lý do.

Mực nước biển giảm - Benoit de Maillet, một nhà nhân chủng học người Pháp sống từ 1656-1738 và đoán (không chính xác) rằng hóa thạch ở độ cao lớn có nghĩa là Trái đất từng được bao phủ bởi một đại dương rộng lớn. Đại dương này đã chiếm 2 tỷ năm để bốc hơi đến mực nước biển hiện tại. Các nhà khoa học đã từ bỏ điều này khi họ nhận ra rằng mực nước biển tự nhiên tăng và giảm.
Làm mát trái đất – William Thompson, sau này được gọi là Lord Kelvin, cho rằng Trái đất từng là một quả cầu đá nóng chảy với cùng nhiệt độ của Mặt trời, và sau đó đã được làm mát kể từ đó. Dựa trên những giả định này, Thompson đã tính toán rằng Trái đất chiếm một nơi nào đó giữa 20 và 400 triệu năm để làm mát đến nhiệt độ hiện tại của nó. Tất nhiên, Thompson đã đưa ra một số giả định không chính xác, về nhiệt độ của Mặt trời (thực sự là 15 triệu độ Kelvin), nhiệt độ của Trái đất (với lõi nóng chảy của nó) và cách Mặt trời được tạo ra từ hydro và Trái đất làm bằng đá và kim loại.
Làm mát mặt trời - Năm 1856, nhà vật lý người Đức Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz đã cố gắng tính tuổi của Trái đất bằng cách làm mát Mặt trời. Ông tính toán rằng Mặt trời sẽ lấy 22 triệu năm ngưng tụ xuống đường kính và nhiệt độ hiện tại của nó từ một đám mây khí và bụi khuếch tán. Mặc dù điều này là không chính xác, Helmholtz xác định chính xác rằng nguồn nhiệt Sun Sun được điều khiển bởi sự co rút hấp dẫn.
Xói mòn đá - Trong cuốn sách của mình, Nguồn gốc các loài của phương tiện chọn lọc tự nhiên, Charles Darwin đã đề xuất rằng sự xói mòn của các mỏ phấn có thể cho phép tính tuổi tối thiểu của hành tinh. Darwin ước tính rằng một sự hình thành phấn ở vùng Weald của Anh có thể đã xảy ra 300 triệu năm để thời tiết đến hình thức hiện tại của nó.

Quỹ đạo của mặt trăng - George Darwin, con trai của Charles Darwin, đoán rằng Mặt trăng có thể đã được hình thành từ Trái đất và trôi ra khỏi vị trí hiện tại. Giả thuyết phân hạch đề xuất rằng vòng quay Trái đất nhanh chóng khiến một phần của hành tinh quay vào vũ trụ. Darwin tính toán rằng nó đã lấy Mặt trăng ít nhất 56 triệu năm để đạt được khoảng cách hiện tại của nó từ Trái đất. Bây giờ chúng ta biết Mặt trăng có thể được hình thành khi một vật thể có kích thước sao Hỏa đâm vào Trái đất hàng tỷ năm trước.
Độ mặn của đại dương - Năm 1715, nhà thiên văn học nổi tiếng Edmund Halley đề xuất rằng độ mặn của các đại dương có thể được sử dụng để ước tính tuổi của hành tinh. Halley quan sát thấy rằng các đại dương và hồ được nuôi dưỡng bởi các dòng suối liên tục nhận được nhiều muối hơn, sau đó bị kẹt lại khi nước bốc hơi. Theo thời gian, nước sẽ trở nên mặn hơn và mặn hơn, cho phép ước tính quá trình này đã diễn ra trong bao lâu. Các nhà địa chất khác nhau đã sử dụng phương pháp này để đoán rằng Trái đất nằm giữa 80 và 150 triệu năm tuổi. Phương pháp này rất thiếu sót vì các nhà khoa học đã không nhận ra rằng các quá trình địa chất cũng đang tách muối ra khỏi nước.

Hẹn hò bằng phép đo phóng xạ cung cấp một phương pháp chính xác để biết tuổi của trái đất
Năm 1896, nhà hóa học người Pháp A. Henri Becquerel đã phát hiện ra phóng xạ, quá trình vật chất phân rã thành các vật liệu khác, giải phóng năng lượng. Các nhà địa chất nhận ra rằng bên trong Trái đất có chứa một lượng lớn chất phóng xạ, và điều này sẽ làm mất đi tính toán của họ đối với tuổi của Trái đất. Mặc dù khám phá này đã tiết lộ những sai sót trong các phương pháp tính tuổi trước của Trái đất, nhưng nó đã cung cấp một phương pháp mới: hẹn hò bằng phép đo phóng xạ.

Các nhà địa chất phát hiện ra rằng các chất phóng xạ phân rã thành các nguyên tố khác với tốc độ rất dễ đoán. Một số vật liệu phân rã nhanh chóng, trong khi những vật liệu khác có thể mất hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ năm để phân rã hoàn toàn. Ernest Rutherford và Frederick Soddy, làm việc tại Đại học McGill, đã xác định rằng một nửa số đồng vị của nguyên tố phóng xạ phân rã thành một đồng vị khác với tốc độ xác định. Ví dụ: nếu bạn có một lượng Thorium-232, một nửa số đó sẽ phân rã trong một tỷ năm, và một nửa số tiền đó sẽ phân rã trong một tỷ năm nữa. Đây là nguồn gốc của thuật ngữ nửa đời nửa đời.

Bằng cách đo nửa đời của các đồng vị phóng xạ, các nhà địa chất đã có thể xây dựng một thang đo cho phép họ tính toán chính xác tuổi của các thành tạo địa chất, bao gồm cả Trái đất. Họ đã sử dụng sự phân rã của uranium thành các đồng vị chì khác nhau. Bằng cách đo lượng ba đồng vị chì khác nhau (Pb-206, Pb-207 và Pb-208 hoặc Pb-204), các nhà địa chất có thể tính được lượng Uranium ban đầu trong một mẫu vật liệu.

Nếu Hệ mặt trời hình thành từ một nhóm vật chất chung, với các đồng vị Pb phân bố đồng đều, thì tất cả các vật thể từ nhóm vật chất đó sẽ hiển thị số lượng tương tự của các đồng vị. Ngoài ra, theo thời gian, lượng Pb-206 và Pb-207 sẽ thay đổi vì các đồng vị này là sản phẩm cuối cùng của sự phân rã uranium. Điều này làm cho lượng chì và uranium thay đổi. Tỷ lệ uranium-chì của đá càng cao, giá trị Pb-206 / Pb-204 và Pb-207 / Pb-204 càng thay đổi theo thời gian. Bây giờ, giả sử rằng nguồn của Hệ mặt trời cũng được phân phối đồng đều với các đồng vị urani, sau đó bạn có thể vẽ một đường dữ liệu hiển thị sơ đồ chì-uranium và, từ độ dốc của đường, lượng thời gian đã trôi qua kể từ đó nhóm vật chất trở nên tách thành các đối tượng riêng lẻ có thể được tính toán.

Bertram Boltwood đã áp dụng phương pháp xác định niên đại này với 26 mẫu đá khác nhau và phát hiện ra rằng chúng đã được hình thành giữa 92 và 570 triệu năm tuổivà cải tiến thêm cho kỹ thuật đã cho tuổi từ 250 triệu đến 1,3 tỷ năm.

Các nhà địa chất bắt đầu khám phá Trái đất, tìm kiếm những khối đá cổ xưa nhất trên hành tinh. Đá bề mặt lâu đời nhất được tìm thấy ở Canada, Úc và Châu Phi, với độ tuổi từ 2,5 đến 3,8 tỷ năm. Hòn đá cổ xưa nhất được phát hiện ở Canada vào năm 1999, và ước tính chỉ hơn 4 tỷ năm tuổi.

Điều này đặt tuổi tối thiểu cho Trái đất, nhưng nhờ các quá trình địa chất như phong hóa và kiến tạo mảng, nó vẫn có thể cũ hơn.

Thiên thạch là câu trả lời cuối cùng cho thời đại của trái đất
Vấn đề với việc đo tuổi của đá trên Trái đất là hành tinh này luôn thay đổi địa chất. Kiến tạo mảng liên tục tái chế các phần của Trái đất, hòa trộn nó và mãi mãi ẩn giấu các khu vực lâu đời nhất của hành tinh. Nhưng giả sử rằng mọi thứ trong Hệ Mặt trời hình thành cùng một lúc, các thiên thạch trong không gian đã không bị ảnh hưởng bởi thời tiết và kiến tạo mảng ở đây trên Trái đất.

Các nhà địa chất đã sử dụng những vật thể nguyên sơ này, chẳng hạn như thiên thạch Canyon Diablo (mảnh vỡ của tiểu hành tinh va chạm tại Miệng núi lửa Barringer) như một cách để có được ở tuổi thật của Hệ Mặt trời, và do đó là Trái đất. Bằng cách sử dụng hệ thống xác định niên đại bằng phép đo phóng xạ trên các thiên thạch này, các nhà địa chất đã có thể xác định Trái đất là 4,54 tỷ năm tuổi trong phạm vi sai số khoảng 1%.

Nguồn:
Hiểu biết về khoa học - Lord Kelvin
USGS Thời đại của trái đất
Lord Kelvin từ thất bại đồng hồ khoa học
Vai trò của phân rã phóng xạ
Diễn viên thiên văn học tập 51: Trái đất
Hình thành đá cổ nhất được tìm thấy