عمر زمین چقدر است؟

کشف سن سیاره ای که در آن زندگی می کنیم یکی از بزرگترین سوالات علم است. برای قرن ها، تئوری های مختلفی ارائه شد که سنین فرضی مختلفی را برای زمین مشخص می کرد. چگونه حالا می توانیم با اطمینان درباره این عدد و رقم صحبت کنیم؟ کمی بعد از انقلاب علمی قرن هفدهم دانشمندان توانستند با مطالعه صخره های لایه ای، فسیل ها و سرنخ هایی از این قبیل به این مسئله پی ببرند که عمر زمین ده ها هزار و شاید میلیون ها سال باشد.

اما آن موقع دانشمندان از این موضوع کاملاً بی اطلاع بودند که درون زمین از چه تشکیل شده و صد البته چیزی از واپاشی هسته ای Radioactive Decay نمی دانستند. بدون این علوم حیاتی، مدل ها و ایده هایی که آنها در مورد شکل گیری زمین پرورش می دادند، معمولاً به خطا می رفت.

در اولین تئوری هایی که جنبه علمی بیشتری داشت و طی آن سن زمین محاسبه می شد موضوع محوری این بود که چقدر زمان می برد سیاره ای به بزرگی زمین از وضعیت گداختگی ابتدایی اش سرد و جامد شود. با اندازه‌گیری دمای صخره‌ها و تخمین اندازه خورشید، دانشمندان در آن ایام عمر زمین را چیزی بین 75 هزار تا 20 میلیون سال دانستند.

اما مشکل بزرگی در ارتباط با تئوری های آنها وجود داشت. به دلیل چرخش مواد آلی گداخته درون زمین و ترکیب هسته‌ای درون خورشید، سرعت سرد شدن بسیار آهسته‌تر از چیزی است که انتظار می‌رود. به عبارت دیگر، اگر زمین فقط در فضا شکل یافته بود و سرد شده بود، بیش از پیش باید گرم می ماند.

در اواسط قرن نوزدهم دانشمندان درک بهتری نسبت به آنچه برای زمین رخ داده پیدا کردند. آنها از وجود مایعات و خیزش دائمی مواد معدنی آگاه بودند. تخمین آنها از سن زمین از چند ده میلیون به چند صد میلیون سال تغییر پیدا کرد اما همچنان در محاسبات آنها دو بخش حیاتی پازل، گم شده بودند: تجدید دائمی سطح زمین طی رانش قاره ای در میلیون ها سال و تئوری واپاشی هسته ای.

دانشمندان ابتدا فرض می کردند که لایه سنگی زمین از زمان شکل گیری زمین دقیقاً همان جا ثابت بوده است. اما با تحقیقات بیشتر نهایتاً به این نتیجه رسیدند که سطح زمین تغییر کرده و بسیاری از سنگ‌ها و صخره‌ها ذوب و تجدید شده‌اند. صرفاً بررسی سنگ های سطحی، راه منطقی برای تشخیص سن دقیق زمین نبود.

گام آخر برای رسیدن به روش صحیح، در اواخر قرن نوزدهم با کشف رادیواکتیو برداشته شد. دانشمندان کشف کردند عناصر مشخصی (بخصوص اورانیوم) با نرخ ثابتی فرو می پاشند. آنها می دانستند اگر برای مثال نیم کیلو اورانیوم را مورد ارزیابی قرار دهند می توانند محاسبه کنند چقدر سرب در درون این توده طبق اصل واپاشی هسته ای شکل گرفته است. عناصر رادیواکتیو مانند اورانیوم طی زمان مشخصی، به عناصر پایداری مانند سرب واپاشیده می شوند. با اندازه گیری میزان سرب در یک نمونه اورانیوم، دانشمندان توانستند تعیین کنند قدمت اورانیوم چقدر بوده است.

تصور کنید یک اسکوپ بستنی را درون ظرفی بریزید و توجه کنید که یک ساعت زمان می برد تا آب شود. حالا، بار دیگری که یک اسکوپ بستنی در ظرف دیدید، می توانید اندازه گیری کنید که چه میزان بستنی تا حالا آب شده (مثلاً نصف) و تخمین بزنید که بستنی نیم ساعت پیش در ظرف قرار داده شده است.

از همین اصل برای تاریخ گذاری سنگ ها طبق تشعشع سنجی استفاده شده است. دانشمندان می توانند حداکثر سن سنگ ها را مشخص کنند و این فرض را بپذیرند که سنگ نمی تواند از خود زمین بزرگتر باشد. قدیمی ترین سنگی که تاکنون اندازه گیری شده 4.54 میلیارد سال دارد. دقت این مدل با ترکیب فرضیه مان از اینکه منظومه شمسی چگونه شکل گرفته و مشخصه های شهاب سنگ ها برای رسیدن به حد طوفانی سن سیاره زمین بهبود یافت.