A Föld kora: 4,5 milliárd év és radioaktív kormeghatározás

A 19. század utolsó negyedében hosszan tartó vita folyt a Föld koráról. Charles Lyell Principles of Geology (1830-33) című művében kimutatta, hogy a Föld lassan változott, és amit látunk, az a fokozatos változások eredménye. Ez az uniformitarianizmus egyértelműen azt jelentette, hogy a Föld ősi, bár Lyell nem próbálta meg kiszámítani, hogy mennyire régi.

Fiatalabb barátja, Charles Darwin is hitt ebben. Darwin úgy látta, hogy ha az evolúció megtörtént volna, akkor ahhoz hosszú időre lett volna szükség. A kambrium kori rétegekben lévő korai kövületek és a mai szárazföld felszíne között is hatalmas mennyiségű üledékes kőzet található. Darwin és Lyell egyetértett abban, hogy nagyon hosszú idő kellett ahhoz, hogy ennyi kőzet lerakódjon.

A fajok eredetéről szóló könyv első kiadásában (1859) Darwin úgy becsülte, hogy a Sussex Weald eróziója 300 millió évig tarthatott.^p314 Őt és Lyellt is meglepte, amikor William Thomson fizikus (Lord Kelvin) azt mondta, hogy a Föld nem lehet olyan régi, mint gondolták. A számítást azon az alapon végezte el, hogy 2000 Celsius-fokos^o kiindulópontot feltételezve mennyi időbe telt, amíg a Föld lehűlt a jelenlegi hőmérsékletére. Kelvin eredménye azon az elképzelésen alapult, hogy a felszínközeli geotermikus gradiens a szilárd Föld vezetőképes lehűlését tükrözi.

Ezt a számítást többször is elvégezte, különböző feltételezésekkel. 1862-ben a becslése 20 és 400 millió év között volt; 1866-ban azonban a felső becslést 100 millió évre csökkentette, és megtámadta Darwint és Lyle-t, amiért nem vették figyelembe a számítását. Tudjuk, hogy Darwin aggódott és aggódott, hogy ez nem lesz elég hosszú idő az evolúcióhoz. Thomas Henry Huxley megjegyezte, hogy Kelvin számításai jók, de a feltételezései tévesek. 1897-ben Kelvin még egyszer utoljára elvégezte a számítást, és 20-40 millió évre jutott. Ez persze határozottan nem lenne elég hosszú idő az evolúcióhoz. Oliver Heaviside sem értett egyet, és egy alternatív geotermikus modellt javasolt. Végül mind Kelvinről, mind Heaviside-ról kiderült, hogy tévedett.

Viszkózus köpeny

A 19. század végén valaki rájött, hogy ha a köpeny egy erősen viszkózus (ragadós) folyadék lenne, az nagyban befolyásolná a számításokat. 1895-ben John Perry, Kelvin egykori asszisztense, a Föld korát 2-3 milliárd évesre becsülte egy konvektív köpeny és vékony kéreg modelljét használva.

Kelvin modelljében a Föld felszínén a hő a sekély külső kéreg lehűléséből származik, szilárd Földet feltételezve. Ha azonban a Föld belsejében a vezetőképesség sokkal nagyobb lenne, mint a felszínen, akkor a Föld magja és az alsó köpeny is lehűlne. Ez hatalmas energiaraktárat biztosítana a felszín számára. Ebben az esetben Kelvin becslése a Föld korára vonatkozóan sokszorosan túl alacsony lenne.

Perry fő érve az volt, hogy a Föld folyékony vagy részben folyékony belsejében a konvekció sokkal hatékonyabban adja át a hőt, mint a vezetés:

"... a sok belső fluiditás gyakorlatilag végtelen vezetőképességet jelentene a mi célunk szempontjából".

Kelvin ragaszkodott a 100 millió évre vonatkozó becsléséhez, majd később 20 millió évre csökkentette a becslést.

Ma már tudjuk, hogy a vékony kéreg alatti viszkózus folyadék létezése sokkal nagyobb tényező, mint a radioaktivitás felfedezése, ^[]amely sokáig a tankönyvi magyarázat volt. Perry munkásságának újrafelfedezése és újravizsgálata meglehetősen friss.

1896-ban Henri Becquerel felfedezte a radioaktivitást. 1903-ban Pierre és Marie Curie-vel közösen kapta meg a fizikai Nobel-díjat "a spontán radioaktivitás felfedezésével szerzett rendkívüli érdemei elismeréseként".

Végül rájöttek, hogy a radioaktivitás a Föld belsejében a hő egyik fő forrása.^p206 1921-ben jött az első modern becslés, a radiometrikus kormeghatározás segítségével. Ennek alapja az urán-ólom kormeghatározás volt: az urán ólommá bomlásának sebessége a földkéregben, Henry Norris Russell által. Ő 2-8 milliárd évre jutott. ^{p27, 3.1. táblázat} 1949-ben H.E. Suess 4-5 milliárd évre becsülte az időt, a radioaktív izotópok egész sora alapján. Ez közel áll a mai becslésünkhöz, amelyet tovább finomítottak, és körülbelül 4560 millió évre becsülték.

A számítás egy viszkózus folyadékban a konvekciót és a radioaktivitást is felhasználja, így Perry ötletét a radioaktivitás hatásával kombinálja, noha Perry hozzájárulása már feledésbe merült. A lemeztektonika későbbi ismeretei egészen bizonyossá tették, hogy az alsó köpeny viszkózus folyadék.

Naprendszer

A Naprendszer kialakulása és fejlődése a becslések szerint 4,568 milliárd évvel ezelőtt kezdődött egy óriási molekulafelhő egy kis részének gravitációs összeomlásával. Lényegében az egész rendszer ugyanebben az időszakban alakult ki.

A tudományos módszer alkalmazása a Föld korának kiszámításához uniformitárius módszereket feltételez. A hindu vallás áll a legközelebb a mai tudományos becsléshez. Egyes keresztények és zsidók úgy vélik, hogy a Genezis teremtés-elbeszélése szó szerint igaz, ami azt jelentené, hogy a Föld 5000 és 10 000 évvel ezelőtt jött létre, és a kor kiszámítására használt módszerek nem voltak egységesek a Föld történelme során. Manapság azonban a legtöbb ember úgy gondolja, hogy az ilyen kérdésekre a tudományos módszerek adják meg a legjobb választ.

• Geokronológia
• A geológiai időskála története
• Természet idővonal