تعیین عمر زمین

محاسبه سن زمین فرآیند پیچیده ای است که بر ترکیبی از روش های علمی در زمینه های مختلف استوار است، در درجه اول زمین شناسی، ژئوفیزیک و کیهان شیمی متکی است. محاسبه سن زمین  یک محاسبه ساده نیست، بلکه مجموعه ای از خطوط همگرا از شواهد است. در اینجا خلاصه ای از تکنیک های اصلی استفاده شده معرفی می گردد:

1. تاریخ گذاری رادیومتری:

• پایه و اساس: این روش مهم ترین روش است و بر نرخ پوسیدگی ثابت ایزوتوپ های رادیواکتیو در سنگ ها و کانی ها تکیه دارد. این ایزوتوپ ها به عنوان «ساعت های زمین شناسی» عمل می کنند.
• فرآیند:
* ایزوتوپ های رادیواکتیو: ایزوتوپ های خاصی از عناصر (مانند اورانیوم-238، پتاسیم-40، روبیدیوم-87) به طور طبیعی رادیواکتیو هستند، به این معنی که با سرعت قابل پیش بینی به عناصر دیگر تجزیه می شوند.
* نیمه عمر: هر ایزوتوپ رادیواکتیو یک “نیمه عمر” خاص دارد، یعنی زمانی که نیمی از اتم های یک نمونه تجزیه می شوند.
* ایزوتوپ های مادر و دختر: با تجزیه ایزوتوپ رادیواکتیو (مادر)، به ایزوتوپ پایدار (دختر) تبدیل می شود.
* اندازه گیری نسبت: دانشمندان نسبت ایزوتوپ های مادر و دختر را در سنگ یا کانی اندازه گیری می کنند.
* محاسبه سن: با مقایسه نسبت فعلی به میزان پوسیدگی و نیمه عمر شناخته شده، دانشمندان می توانند زمان تشکیل سنگ یا کانی را محاسبه کنند.
• مثال ها:
* تاریخ گذاری اورانیوم-سرب: ²³⁸U به ²⁰⁶Pb با نیمه عمر بسیار طولانی تجزیه می شود که برای تاریخ گذاری سنگ های بسیار قدیمی استفاده می شود.
* تاریخ گذاری پتاسیم-آرگون: ⁴⁰K به ⁴⁰Ar تجزیه می شود که برای تاریخ گذاری سنگ های آتشفشانی استفاده می شود.
* تاریخ گذاری روبیدیوم- استرانسیوم: ⁸⁷Rb به ⁸⁷Sr تجزیه می شود، همچنین برای تاریخ گذاری سنگ های قدیمی استفاده می شود.
• اهمیت: تاریخ گذاری رادیومتری سن های مطلق را برای سنگ ها و کانی ها فراهم می کند که سنگ بنای تعیین سن زمین است.

2. تاریخ گذاری با  شهاب سنگ ها:

• پایه و اساس: شهاب‌سنگ‌ها بقایای منظومه شمسی اولیه هستند، از جمله سیاره‌های کوچک، که اعتقاد بر این است که تقریباً همزمان با زمین شکل گرفته‌اند.
• فرآیند: تاریخ‌سنجی رادیومتری برای شهاب‌سنگ‌ها، به‌ویژه شهاب‌سنگ‌هایی که گمان می‌رود اولیه هستند (کندریت‌ها) که تحت پردازش زمین‌شناسی گسترده قرار نگرفته‌اند، اعمال می‌شود.
• اهمیت: سن شهاب سنگ ها حدود 0.05 ± 4.54 میلیارد سال است. این تخمین خوبی از سن منظومه شمسی و در نتیجه حداقل تخمین خوبی برای سن زمین در نظر گرفته می شود.

3. تاریخ گذاری با نمونه های ماه:

• پایه و اساس: ماه نیز جسم بسیار قدیمی است و سنگ های آن محدودیت های سنی مهمی را برای منظومه شمسی اولیه ایجاد می کنند.
• فرآیند: تاریخ سنجی رادیومتری بر روی صخره های ماه انجام شده است که در طی ماموریت های آپولو بازگردانده شده اند، با قدمت برخی از قدیمی ترین سنگ های ماه نیز به حدود 4.5 میلیارد سال.
• اهمیت: نمونه های ماه تأیید بیشتری از سن اولیه منظومه شمسی ارائه می دهند و همچنین به دانشمندان کمک می کنند تا منظومه اولیه زمین-ماه را درک کنند.

4. سوابق زمین شناسی:

• پایه و اساس: اگرچه فرآیندهای زمین شناسی به طور مداوم سطح زمین را تغییر شکل می دهند، مطالعه تشکیل سنگ ها، لایه های رسوبی و فسیل ها قدمت نسبی را فراهم می کند و می تواند به فرآیند تعیین سن کمک کند.
• فرآیند: تجزیه و تحلیل قدیمی ترین سنگ های روی زمین برای درک شکل گیری آنها.
• اهمیت: در حالی که به طور مستقیم سن مطلق برای زمین ارائه نمی شود، رکورد زمین شناسی محدودیت های سنی نسبی را ارائه می دهد و به درک چگونگی تغییر زمین در طول زمان کمک می کند.

سن مورد قبول فعلی:

سن پذیرفته شده کنونی زمین، بر اساس تاریخ‌سنجی رادیومتری شهاب‌سنگ‌ها، سنگ‌های ماه و قدیمی‌ترین سنگ‌های زمینی، تقریباً 0.05 ± 4.54 میلیارد سال است.

نکات مهم:

• قدیمی ترین سنگ های روی زمین: قدیمی ترین سنگ های روی زمین که در مکان هایی مانند سپر کانادا و استرالیا یافت می شوند، حدود 4 میلیارد سال سن دارند. این سنگ‌ها مدت‌ها پس از تجمع اولیه زمین تشکیل شده‌اند و به جای سن مطلق، حداقل سن را فراهم می‌کنند.
• زمین اولیه: بازسازی اولیه ترین تاریخ زمین به دلیل فعالیت های زمین شناسی شدید، از جمله تکتونیک صفحه و فرسایش، که سطح زمین را در طی میلیاردها سال تغییر شکل داده است، دشوار است.
• تحقیقات در حال انجام: دانشمندان به اصلاح روش های قدمت گذاری و جستجوی سنگ های قدیمی تر برای درک بهتر اولین تاریخ زمین ادامه می دهند.

به طور خلاصه، تعیین سن زمین یک دستاورد قابل توجه علم است که داده‌های چندین رشته را ترکیب می‌کند و بر تجزیه دقیق و مداوم ایزوتوپ‌های رادیواکتیو تکیه می‌کند. این منجر به سن اجماع فعلی تقریباً 4.54 میلیارد سال شده است.