Hình ảnh 'Blue Marble' về Trái đất được lấy từ thiết bị VIIRS trên vệ tinh quan sát Trái đất của NASA - Suomi NPP - vào ngày 4 tháng 1 năm 2012.
(Ảnh: © NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring)
Hành tinh Trái đất không có giấy khai sinh để ghi lại sự hình thành của nó, điều đó có nghĩa là các nhà khoa học đã mất hàng trăm năm đấu tranh để xác định tuổi của hành tinh. Vậy, Trái đất bao nhiêu tuổi?
Bằng cách hẹn hò với những tảng đá trong lớp vỏ luôn thay đổi của Trái đất, cũng như những tảng đá ở các nước láng giềng của Trái đất, như mặt trăng và thăm thiên thạch, các nhà khoa học đã tính toán rằng Trái đất 4,54 tỷ năm tuổi, với phạm vi sai số là 50 triệu năm.
Đá của bạn bao nhiêu tuổi
Các nhà khoa học đã thực hiện một số nỗ lực để hẹn hò với hành tinh trong hơn 400 năm qua. Họ đã cố gắng dự đoán tuổi dựa trên sự thay đổi mực nước biển, thời gian Trái đất hoặc mặt trời lạnh để làm giảm nhiệt độ và độ mặn của đại dương. Khi công nghệ hẹn hò phát triển, những phương pháp này tỏ ra không đáng tin cậy; chẳng hạn, sự lên xuống của đại dương được chứng minh là một quá trình luôn thay đổi thay vì giảm dần.
Và trong một nỗ lực khác để tính tuổi của hành tinh, các nhà khoa học đã chuyển sang những tảng đá bao phủ bề mặt của nó. Tuy nhiên, do kiến tạo mảng liên tục thay đổi và làm mới lớp vỏ, những tảng đá đầu tiên từ lâu đã được tái chế, tan chảy và cải tạo thành những dòng chảy mới.
Các nhà khoa học cũng phải chiến đấu với một vấn đề gọi là Sự không phù hợp vĩ đại, đó là nơi mà các lớp đá trầm tích dường như bị mất tích (ví dụ, tại Grand Canyon, chẳng hạn, có 1,2 tỷ năm đá không thể tìm thấy). Có nhiều cách giải thích cho sự không phù hợp này; vào đầu năm 2019, một nghiên cứu cho rằng một kỷ băng hà toàn cầu đã khiến các dòng sông băng bị nghiền nát thành đá, khiến nó tan rã. Sau đó, kiến tạo mảng đã ném hòn đá vụn trở lại vào bên trong Trái đất, loại bỏ bằng chứng cũ và biến nó thành tảng đá mới.
Đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã tinh chỉnh quá trình hẹn hò bằng phép đo phóng xạ. Nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng các đồng vị của một số nguyên tố phóng xạ phân rã thành các nguyên tố khác với tốc độ có thể dự đoán được. Bằng cách kiểm tra các nguyên tố hiện có, các nhà khoa học có thể tính toán số lượng ban đầu của một nguyên tố phóng xạ, và do đó mất bao lâu để các nguyên tố phân rã, cho phép chúng xác định tuổi của đá.
Những tảng đá lâu đời nhất trên Trái đất được tìm thấy cho đến nay là Acasta Gneiss ở phía tây bắc Canada gần Hồ Great Slave, có 4,03 tỷ năm tuổi. Nhưng những tảng đá cũ hơn 3,5 tỷ năm có thể được tìm thấy trên tất cả các châu lục. Greenland tự hào với các loại đá siêu rắn Isua (3,7 đến 3,8 tỷ năm tuổi), trong khi đá ở Swaziland là 3,4 tỷ đến 3,5 tỷ năm. Các mẫu ở Tây Úc chạy 3,4 tỷ đến 3,6 tỷ năm tuổi.
Các nhóm nghiên cứu ở Úc đã tìm thấy những hạt khoáng chất lâu đời nhất trên Trái đất. Những tinh thể silicat zirconium nhỏ bé này có tuổi đời lên tới 4,3 tỷ năm, khiến chúng trở thành vật liệu lâu đời nhất được tìm thấy trên Trái đất cho đến nay. Đá nguồn của họ chưa được tìm thấy.
Các tảng đá và hình tròn đặt ra giới hạn thấp hơn về tuổi của Trái đất là 4,3 tỷ năm, bởi vì bản thân hành tinh này phải già hơn bất cứ thứ gì nằm trên bề mặt của nó.
Khi sự sống nảy sinh vẫn đang được tranh luận, đặc biệt là vì một số hóa thạch sớm có thể xuất hiện dưới dạng đá tự nhiên. Một số dạng sống sớm nhất đã được tìm thấy ở Tây Úc, như đã được công bố trong một nghiên cứu năm 2018; Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy những sợi nhỏ trong những tảng đá 3,4 tỷ năm tuổi có thể là hóa thạch. Các nghiên cứu khác cho thấy rằng cuộc sống bắt nguồn sớm hơn. Các ống hematit trong đá núi lửa ở Quebec có thể bao gồm các vi khuẩn trong khoảng 3,77 đến 4,29 tỷ năm trước. Các nhà nghiên cứu nhìn vào đá ở phía tây nam Greenland cũng thấy các cấu trúc giống hình nón có thể bao quanh các thuộc địa vi sinh vật khoảng 3,7 tỷ năm trước.
Gặp hàng xóm
Trong nỗ lực cải tiến hơn nữa thời đại của Trái đất, các nhà khoa học bắt đầu hướng ra ngoài. Vật liệu hình thành nên hệ mặt trời là một đám mây bụi và khí bao quanh mặt trời trẻ. Các tương tác hấp dẫn kết hợp vật liệu này vào các hành tinh và mặt trăng cùng một lúc. Bằng cách nghiên cứu các cơ thể khác trong hệ mặt trời, các nhà khoa học có thể tìm hiểu thêm về lịch sử ban đầu của hành tinh.
Cơ thể gần nhất với Trái đất, mặt trăng, không trải qua các quá trình tái tạo bề mặt xảy ra trên toàn cảnh của Trái đất. Cứ như vậy, những tảng đá từ lịch sử đầu mặt trăng vẫn ngồi trên bề mặt mặt trăng. Các mẫu được trả về từ các nhiệm vụ của Apollo và Luna cho thấy độ tuổi từ 4,4 tỷ đến 4,5 tỷ năm, giúp hạn chế tuổi của Trái đất. Làm thế nào mặt trăng hình thành là một vấn đề tranh luận; trong khi lý thuyết thống trị cho thấy một vật thể có kích thước sao Hỏa rơi xuống Trái đất và các mảnh vỡ cuối cùng kết lại thành mặt trăng, các giả thuyết khác cho rằng mặt trăng hình thành trước Trái đất. [Liên quan: Trái đất được hình thành như thế nào?]
Ngoài các thiên thể lớn của hệ mặt trời, các nhà khoa học đã nghiên cứu những du khách đá nhỏ hơn đã rơi xuống Trái đất. Thiên thạch mùa xuân từ nhiều nguồn khác nhau. Một số bị loại khỏi các hành tinh khác sau những va chạm dữ dội, trong khi những người khác là những khối còn sót lại từ hệ mặt trời ban đầu không bao giờ đủ lớn để tạo thành một cơ thể gắn kết.
Mặc dù không có hòn đá nào được cố tình quay trở lại từ sao Hỏa, các mẫu tồn tại dưới dạng thiên thạch rơi xuống Trái đất từ lâu, cho phép các nhà khoa học đưa ra những xấp xỉ về tuổi của đá trên Hành tinh Đỏ. Một số trong những mẫu này đã có niên đại 4,5 tỷ năm tuổi, hỗ trợ cho các tính toán khác về ngày hình thành hành tinh sớm.
Hơn 70 thiên thạch rơi xuống Trái đất đã có tuổi được tính bằng phương pháp đo phóng xạ. Lâu đời nhất trong số này là từ 4,4 tỷ đến 4,5 tỷ năm tuổi.
Năm mươi ngàn năm trước, một tảng đá đã rơi xuống từ không gian để tạo thành Miệng núi lửa ở Arizona. Các mảnh của tiểu hành tinh đó đã được thu thập từ vành miệng núi lửa và được đặt tên cho Canyon Diablo gần đó. Thiên thạch Canyon Diablo rất quan trọng vì nó đại diện cho một lớp thiên thạch với các thành phần cho phép hẹn hò chính xác hơn.
Năm 1953, Clair Cameron Patterson, một nhà hóa học nổi tiếng tại Viện Công nghệ California, đã đo các tỷ lệ đồng vị chì trong các mẫu của thiên thạch gây ra những hạn chế chặt chẽ về tuổi của Trái đất. Các mẫu của thiên thạch cho thấy sự lan rộng từ 4,53 tỷ đến 4,58 tỷ năm. Các nhà khoa học giải thích phạm vi này là thời gian để hệ mặt trời phát triển, một sự kiện dần dần diễn ra trong khoảng 50 triệu năm.
Bằng cách sử dụng không chỉ các tảng đá trên Trái đất mà cả thông tin thu thập được về hệ thống bao quanh nó, các nhà khoa học đã có thể đặt tuổi của Trái đất vào khoảng 4,54 tỷ năm. Để so sánh, thiên hà Milky Way chứa hệ mặt trời có tuổi đời xấp xỉ 13,2 tỷ năm, trong khi bản thân vũ trụ đã có niên đại 13,8 tỷ năm.
Đọc thêm:
- Tìm ra nơi những tảng đá lâu đời nhất ở Hoa Kỳ được đặt.
- Tìm hiểu thêm về các loại đá và khoáng sản lâu đời nhất trên thế giới, từ Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ.
- Đọc thêm về việc xác định tuổi của Trái đất từ Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ.
Bài viết này được cập nhật vào ngày 7 tháng 2 năm 2019, bởi Elizabeth Howell, người đóng góp của Space.com.
