Сколько лет Земле и как ученые это выяснили

Отвечая на вопрос о возрасте нашей планеты, ученые приводят одну и ту же цифру: 4,54 млрд лет с погрешностью около 50 млн. Удивительно, но эта общепринятая оценка родилась в середине 1950-х годов и с тех пор практически не изменилась, несмотря на колоссальный прогресс в технологиях и методах исследования. Как же ученые пришли к этому числу и почему оно оказалось настолько точным, что выдержало проверку временем? 

Как пытались определить возраст Земли до XX века Фото: ixpert/Shutterstock/FOTODOM Нашей планете 4,54 млрд лет с погрешностью около 50 млн

Попытки определить возраст планеты уходят корнями в глубокую древность. Философы античности вроде Аристотеля рассматривали мир как вечную и неизменную сущность, полагая, что у времени нет ни начала, ни конца. Согласно этой точке зрения, Земля существовала всегда.

Совершенно иные представления развивались в Древней Индии, где ученые-мыслители описывали Вселенную в циклах бесконечного рождения, расширения и сжатия. В рамках этих космологических моделей были получены впечатляющие для своего времени оценки, согласно которым возраст Земли достигал почти двух миллиардов лет.

В средневековой Европе доминировал иной подход, основанный на буквальном прочтении священных текстов. Богословы скрупулезно анализировали Библию, сопоставляя события, чтобы вычислить дату сотворения мира. Результаты таких изысканий варьировались, но все они указывали на очень молодую по современным меркам планету — от 5500 до 7500 лет. Эти представления господствовали вплоть до научной революции.

Наступление эпохи Просвещения и развитие геологии поставили под сомнение столь короткую историю Земли. Ученые XVIII–XIX веков предлагали новые, основанные на наблюдениях гипотезы. Одни рассчитывали время, необходимое для остывания раскаленной планеты до современного состояния. Другие измеряли скорость накопления осадочных пород или оценивали, сколько лет потребовалось океанам, чтобы приобрести свой солевой состав. Эти методы давали разброс от десятков миллионов до сотен миллионов лет, указывая на гораздо более почтенный возраст планеты, но не могли предоставить точных и надежных данных. Необходим был принципиально новый инструмент.

Как ученые начали применять радиометрический метод Фото: Photos 611/Shutterstock/FOTODOM Если измерить в образце горной породы соотношение исходного радиоактивного изотопа и продукта его распада, можно вычислить время, прошедшее с момента образования этой породы. Но надо знать время распада радиоактивного изотопа

Прорыв совершило открытие радиоактивности на рубеже XX века. Ученые поняли, что радиоактивные изотопы распадаются с постоянной скоростью и превращаются в стабильные дочерние элементы. Этот процесс служит идеальными природными часами. Если измерить в образце горной породы соотношение исходного радиоактивного изотопа и продукта его распада, можно вычислить время, прошедшее с момента образования этой породы. Но надо знать время распада радиоактивного изотопа.

Первые попытки применить этот метод, предпринятые в начале 1900-х годов американским ученым Бертрамом Болтвудом и другими пионерами радиохимии, дали ошеломляющие результаты — сотни миллионов и даже миллиарды лет. Метод радиометрического датирования постепенно совершенствовался и стал золотым стандартом геохронологии.

Его надежность была блестяще подтверждена в эпоху космических исследований. Анализ лунных пород, доставленных миссиями «Аполлон», показал, что возраст самых древних лунных образцов близок к оценкам возраста Земли. Это подтвердило гипотезу об общем происхождении планетарных тел в Солнечной системе.

Как определили точный возраст Земли Фото: Wikipedia.org Железный метеорит Каньон Дьяволо

Несмотря на прогресс, точный возраст Земли получили не сразу. Проблема заключалась в том, что самые древние земные породы постоянно переплавлялись и разрушались тектоническими процессами. Решение нашел американский геохимик Клэр Паттерсон. Он понял, что искать ответ нужно не на Земле, а в космосе.

Паттерсон сосредоточился на метеоритах, считающихся остатками протопланетного диска, из которого сформировалась Солнечная система. В частности, его интересовал железный метеорит Каньон Дьяволо, имевший примитивный, неизмененный состав. Тщательно измерив изотопный состав свинца в этом и других метеоритах, Паттерсон в 1953 году получил цифру в 4,5 млрд лет. Эта дата означала время, когда твердые тела в Солнечной системе, включая зародыш Земли, сформировались из вращающегося облака газа и пыли.

Парадоксально, но свое открытие Паттерсон считал малозаметным событием в научном мире. Как он вспоминал позднее, в момент публикации работа не вызвала широкого резонанса. Однако со временем, по мере накопления данных с других метеоритов и лунного грунта, оценка Паттерсона лишь незначительно корректировалась, пока не установилось современное значение в 4,54 млрд лет. 

Почему метеориты и Луна подтверждают возраст Земли Фото: Alones/Shutterstock/FOTODOM Луна, согласно господствующей гипотезе гигантского столкновения, образовалась вскоре после рождения Земли из ее выброшенного вещества. Таким образом, датировка лунных образцов устанавливает нижнюю границу возраста нашей планеты

Современная наука рассматривает Землю не изолированно, а как часть единой планетарной системы. Считается, что Солнце, планеты, астероиды и кометы образовались практически одновременно из одного протопланетного облака около 4,6 млрд лет назад. Поэтому древнейшие метеориты, представляющие собой обломки астероидов, которые никогда не переживали плавления, хранят в себе «исходный материал» Солнечной системы. Их возраст, определенный радиометрическими методами, указывает на время формирования твердых тел.

Это подтверждают и лунные породы. Луна, согласно господствующей гипотезе гигантского столкновения, образовалась вскоре после рождения Земли из ее выброшенного вещества. Таким образом, датировка лунных образцов устанавливает нижнюю границу возраста нашей планеты. 

Итак, цифра 4,54 млрд лет — ориентир, от которого отсчитывается вся последующая история Земли: остывание планеты, возникновение океанов, зарождение жизни и, наконец, появление человека, который сумел разгадать тайну своих истоков.

По материалам science.howstuffworks.com.

Как метеориты создали Землю

  Какого цвета Солнце на самом деле, и почему мы видим его желтым   10 самых больших спутников в Солнечной системе