QUANTI ANNI HA LA TERRA?

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Questo articolo proviene dall'archivio Space Magazine, ma è stato aggiornato con questo video spiffy.

Quanti anni ha la Terra? Gli scienziati pensano che il La Terra ha 4,54 miliardi di anni. Certo, non è una coincidenza; il Sole e i pianeti si sono formati tutti insieme da una nuvola diffusa di idrogeno miliardi di anni fa.

All'inizio del Sistema Solare, tutti i pianeti si formavano nella nebulosa solare; i resti lasciati dalla formazione del sole. Piccole particelle di polvere raccolte insieme in oggetti sempre più grandi - ciottoli, rocce, massi, ecc. - fino a quando non c'erano molti planetoidi nel Sistema Solare. Questi planetoidi si scontrarono e alla fine abbastanza si unirono per diventare delle dimensioni della Terra.

Ad un certo punto della prima storia della Terra, un planetoide delle dimensioni di Marte si schiantò contro il nostro pianeta. La risultante collisione fece cadere in orbita i detriti che alla fine divennero la Luna.

Come fanno gli scienziati a sapere che la Terra ha 4,54 miliardi di anni? In realtà è difficile dirlo solo dalla superficie del pianeta, poiché la tettonica a zolle rimodella costantemente la sua superficie. Le parti più vecchie della superficie scivolano sotto le piastre più recenti per essere riciclate nel nucleo della Terra. Le rocce più antiche mai trovate sulla Terra hanno 4.0 - 4.2 miliardi di anni.

Gli scienziati ritengono che tutto il materiale nel Sistema Solare si sia formato contemporaneamente. Varie sostanze chimiche, e in particolare isotopi radioattivi, si formarono insieme. Poiché decadono in modo molto noto, questi isotopi possono essere misurati per determinare da quanto tempo esistono gli elementi. E studiando diversi meteoriti provenienti da diverse posizioni nel Sistema Solare, gli scienziati sanno che i diversi pianeti si sono formati tutti contemporaneamente.

Metodi falliti per il calcolo dell'età della Terra
Il nostro metodo attuale e accurato per misurare l'età della Terra arriva alla fine di una lunga serie di stime fatte attraverso la storia. Scienziati intelligenti hanno scoperto caratteristiche sulla Terra e sul Sole che cambiano nel tempo e quindi hanno calcolato quanti anni ha il pianeta Terra. Sfortunatamente, erano tutti imperfetti per vari motivi.

Livelli di mare in calo - Benoit de Maillet, un antropologo francese che visse tra il 1656 e il 1738 e indovinò (erroneamente) che i fossili ad alta quota significassero che la Terra era un tempo coperta da un grande oceano. Questo oceano aveva preso 2 miliardi di anni evaporare agli attuali livelli del mare. Gli scienziati hanno abbandonato questo quando hanno capito che il livello del mare si alza e scende naturalmente.
Raffreddamento della Terra – William Thompson, in seguito noto come Lord Kelvin, suppose che la Terra fosse una volta una palla di roccia fusa con la stessa temperatura del Sole, e da allora si è raffreddata. Sulla base di questi presupposti, Thompson calcolò che la Terra prese qualcosa nel mezzo 20 e 400 milioni di anni per raffreddare alla sua temperatura attuale. Naturalmente, Thompson ha formulato diverse ipotesi imprecise, circa la temperatura del Sole (in realtà ha 15 milioni di gradi Kelvin al suo interno), la temperatura della Terra (con il suo nucleo fuso) e come il Sole è fatto di idrogeno e la Terra è fatto di roccia e metallo.
Raffreddamento del sole - Nel 1856, il fisico tedesco Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz tentò di calcolare l'età della Terra mediante il raffreddamento del Sole. Ha calcolato che il Sole avrebbe preso 22 milioni di anni condensare fino al suo diametro e temperatura attuali da una nuvola diffusa di gas e polvere. Sebbene ciò non fosse accurato, Helmholtz identificò correttamente che la fonte del calore del Sole era guidata dalla contrazione gravitazionale.
Erosione rocciosa - Nel suo libro, L'origine delle specie per mezzo della selezione naturale, Charles Darwin ha proposto che l'erosione dei depositi di gesso potrebbe consentire un calcolo dell'età minima del pianeta. Darwin stimò che avrebbe potuto prendere una formazione di gesso nella regione inglese di Weald 300 milioni di anni resistere alla sua forma attuale.

Orbita della luna - George Darwin, il figlio di Charles Darwin, immaginò che la Luna potesse essere stata formata dalla Terra e si spostò nella sua posizione attuale. La teoria della fissione ha suggerito che la rapida rotazione terrestre ha causato la rotazione di una parte del pianeta nello spazio. Darwin calcolò che aveva preso almeno la Luna 56 milioni di anni per raggiungere la sua attuale distanza dalla Terra. Ora sappiamo che la Luna si è probabilmente formata quando un oggetto delle dimensioni di Marte si è schiantato sulla Terra miliardi di anni fa.
Salinità dell'Oceano - Nel 1715, il famoso astronomo Edmund Halley propose che la salinità degli oceani potesse essere utilizzata per stimare l'età del pianeta. Halley osservò che gli oceani e i laghi alimentati da corsi d'acqua ricevevano costantemente più sale, che poi si bloccava mentre l'acqua evaporava. Nel tempo, l'acqua sarebbe diventata sempre più salata, consentendo una stima di quanto tempo dura questo processo. Vari geologi hanno usato questo metodo per indovinare che la Terra era in mezzo 80 e 150 milioni di anni. Questo metodo era difettoso perché gli scienziati non si rendevano conto che anche i processi geologici stanno estraendo il sale dall'acqua.

La datazione radiometrica fornisce un metodo accurato per conoscere l'età della Terra
Nel 1896, il chimico francese A. Henri Becquerel scoprì la radioattività, il processo in cui i materiali decadono in altri materiali, rilasciando energia. I geologi hanno capito che l'interno della Terra conteneva una grande quantità di materiale radioattivo, e questo avrebbe buttato via i loro calcoli per l'età della Terra. Sebbene questa scoperta abbia rivelato difetti nei precedenti metodi di calcolo dell'età della Terra, ha fornito un nuovo metodo: datazione radiometrica.

I geologi hanno scoperto che i materiali radioattivi si decompongono in altri elementi a un ritmo molto prevedibile. Alcuni materiali si decompongono rapidamente, mentre altri possono richiedere milioni o addirittura miliardi di anni per decadere completamente. Ernest Rutherford e Frederick Soddy, che lavoravano alla McGill University, hanno determinato che la metà di ogni isotopo di un elemento radioattivo decade in un altro isotopo a una velocità prestabilita. Ad esempio, se si dispone di un determinato quantitativo di torio-232, la metà di esso decadrà per oltre un miliardo di anni, quindi la metà di tale importo decadrà in un altro miliardo di anni. Questa è la fonte del termine "emivita".

Misurando le emivite di isotopi radioattivi, i geologi sono stati in grado di costruire una scala di misurazione che permettesse loro di calcolare con precisione l'età delle formazioni geologiche, compresa la Terra. Hanno usato il decadimento dell'uranio in vari isotopi del piombo. Misurando la quantità di tre diversi isotopi di piombo (Pb-206, Pb-207 e Pb-208 o Pb-204), i geologi possono calcolare la quantità di uranio originariamente contenuta in un campione di materiale.

Se il Sistema Solare si è formato da un pool comune di materia, con isotopi Pb uniformemente distribuiti, allora tutti gli oggetti di quel pool di materia dovrebbero mostrare quantità simili di isotopi. Inoltre, nel tempo, le quantità di Pb-206 e Pb-207 cambieranno perché, poiché questi isotopi sono prodotti finali del decadimento dell'uranio. Questo fa cambiare la quantità di piombo e uranio. Maggiore è il rapporto uranio-piombo di una roccia, più i valori di Pb-206 / Pb-204 e Pb-207 / Pb-204 cambieranno nel tempo. Ora, supponendo che la fonte del sistema solare sia stata uniformemente distribuita con isotopi di uranio, quindi è possibile tracciare una linea di dati che mostra un diagramma piombo-uranio e, dalla pendenza della linea, la quantità di tempo che è trascorso da il pool di materia diviso in singoli oggetti può essere calcolato.

Bertram Boltwood ha applicato questo metodo di datazione a 26 diversi campioni di rocce e ha scoperto che erano stati formati tra 92 e 570 milioni di annie ulteriori perfezionamenti della tecnica hanno dato un'età compresa tra 250 milioni a 1,3 miliardi di anni.

I geologi hanno iniziato a esplorare la Terra, alla ricerca delle più antiche formazioni rocciose del pianeta. La roccia superficiale più antica si trova in Canada, Australia e Africa, con età che vanno da Da 2,5 a 3,8 miliardi di anni. La roccia più antica fu scoperta in Canada nel 1999 e stimata da poco più di 4 miliardi di anni.

Ciò ha fissato un'età minima per la Terra, ma grazie a processi geologici come gli agenti atmosferici e la tettonica delle placche, potrebbe essere ancora più vecchia.

I meteoriti come la risposta finale all'età della terra
Il problema con la misurazione dell'età delle rocce sulla Terra è che il pianeta è in costante cambiamento geologico. La tettonica a zolle ricicla costantemente parti della Terra, fondendola e nascondendo per sempre le regioni più antiche del pianeta. Ma supponendo che tutto nel Sistema Solare si sia formato contemporaneamente, i meteoriti nello spazio non sono stati influenzati dagli agenti atmosferici e dalla tettonica delle placche qui sulla Terra.

I geologi hanno usato questi oggetti incontaminati, come il meteorite Canyon Diablo (i frammenti dell'asteroide che ha colpito il cratere Barringer) come un modo per raggiungere la vera età del Sistema Solare, e quindi la Terra. Usando il sistema di datazione radiometrica su questi meteoriti, i geologi sono stati in grado di determinare la Terra 4,54 miliardi di anni entro un margine di errore di circa l'1%.

fonti:
Comprensione della scienza - Lord Kelvin
USGS Age of the Earth
L'orologio scientifico fallito di Lord Kelvin
Il ruolo del decadimento radioattivo
Cast Astronomia Episodio 51: Earth
Trovate le più antiche formazioni rocciose