Jordens ålder: 4,5 miljarder år — Radioaktiv datering och bevis

De första fakta om jorden togs fram av de gamla grekerna. Eratosthenes (276 f.Kr.-194 f.Kr.) gjorde en bra uppskattning av jordens storlek med hjälp av trigonometri.

Den första uppskattningen av jordens ålder baserad på bevis var Benoît de Maillet (1656-1738), en fransk diplomat, filosof och naturforskare. Han ansåg att jorden måste ha utvecklats genom långsamma, naturliga krafter. Han studerade geologi på fältet. Han kunde se tecken på erosion på land och sedimentation i havet. Han gömde sina idéer under täckmantel av ett samtal med en indisk filosof för att undvika konflikter med den katolska kyrkan. Hans arbete förblev i manuskript till efter hans död, då det publicerades efter att redaktören hade gjort ändringar som skadade det. Nu finns det en bättre modern utgåva som bygger på manuskriptet. de Maillet uppskattade att jorden var äldre än två miljarder år. Han erkände också fossilens sanna natur och hade tidiga idéer om evolutionen.

Under den sista fjärdedelen av 1800-talet pågick en långvarig debatt om jordens ålder. I Charles Lyells Principles of Geology (1830-33) visade han att jorden hade förändrats långsamt och att det vi ser är resultatet av gradvisa förändringar. Denna uniformitet innebar helt klart att jorden var gammal, även om Lyell inte försökte ta reda på hur gammal.

Hans yngre vän Charles Darwin trodde också på detta. Darwin såg att om evolutionen hade ägt rum skulle det ha tagit lång tid. Dessutom ligger en enorm mängd sedimentära bergarter mellan de tidiga fossilerna i de kambriska lagren och den nuvarande landytan. Darwin och Lyell var överens om att det skulle ha tagit mycket lång tid för så mycket berg att avsättas.

I den första upplagan av On the origin of species (1859) uppskattade Darwin att erosionen av Sussex Weald måste ha tagit 300 miljoner år.^p314 Både han och Lyell blev förvånade när fysikern William Thomson (Lord Kelvin) sa att jorden inte kunde vara så gammal som de trodde. Han gjorde beräkningen utifrån hur lång tid det måste ha tagit jorden att svalna till sin nuvarande temperatur, med en utgångspunkt på 2 000^o C. Kelvins resultat byggde på idén att den geotermiska gradienten nära ytan återspeglar den fasta jordens konduktiva avkylning.

Han gjorde denna beräkning ett antal gånger och gjorde olika antaganden. År 1862 låg hans uppskattning mellan 20 och 400 miljoner år, men 1866 sänkte han den högsta uppskattningen till 100 miljoner år och angrep Darwin och Lyle för att de inte uppmärksammade hans beräkning. Vi vet att Darwin var orolig och bekymrad över att detta inte skulle vara tillräckligt lång tid för att möjliggöra evolutionen. Thomas Henry Huxley anmärkte att Kelvins beräkningar var bra, men att hans antaganden var felaktiga. År 1897 gjorde Kelvin beräkningen en sista gång och kom fram till 20-40 miljoner år. Detta skulle naturligtvis definitivt inte vara tillräckligt lång tid för att möjliggöra evolutionen. Oliver Heaviside var också oenig och föreslog en alternativ geotermisk modell. Både Kelvin och Heaviside visade sig så småningom ha fel.

Viskös mantel

I slutet av 1800-talet insåg någon att om manteln var en mycket viskös (klibbig) vätska skulle det göra stor skillnad för beräkningarna. År 1895 uppskattade John Perry, en tidigare assistent till Kelvin, jordens ålder till 2-3 miljarder år med hjälp av en modell med en konvektiv mantel och tunn skorpa.

I Kelvins modell kommer värmen på jordytan från kylningen av en ytlig yttre skorpa, vilket förutsätter att jorden är fast. Men om ledningsförmågan i jordens inre var mycket högre än vid ytan skulle jordens kärna och nedre mantel också svalna. Detta skulle ge ett enormt energilager till ytan. I så fall skulle Kelvins uppskattning av jordens ålder vara många gånger för låg.

Perrys huvudskäl var att konvektion i jordens flytande eller delvis flytande inre skulle överföra värme mycket effektivare än konduktion:

"... mycket inre fluiditet skulle praktiskt taget innebära oändlig ledningsförmåga för vårt syfte".

Kelvin höll fast vid sin uppskattning på 100 miljoner år, men sänkte senare uppskattningen till cirka 20 miljoner år.

Vi vet nu att existensen av en viskös vätska under en tunn skorpa är en mycket större faktor än upptäckten av radioaktivitet, som var den vanligaste förklaringen i många år. Återupptäckten och omprövningen av Perrys arbete är ganska ny.

År 1896 upptäckte Henri Becquerel radioaktivitet. År 1903 delade han Nobelpriset i fysik med Pierre och Marie Curie "som ett erkännande av de extraordinära tjänster han har gjort genom sin upptäckt av spontan radioaktivitet".

Så småningom insåg man att radioaktivitet var en viktig värmekälla i jorden.^p206 År 1921 gjordes den första moderna uppskattningen med hjälp av radiometrisk datering. Den baserades på uran-bly-datering: uranets nedbrytningshastighet till bly i jordskorpan, av Henry Norris Russell. Han kom fram till 2-8 miljarder år. ^{s27, tabell 3.1} 1949 uppskattade H.E. Suess 4-5 miljarder år, baserat på en hel rad radioaktiva isotoper. Detta ligger nära den tid vi uppskattar idag, som har förfinats ytterligare till ca 4 560 miljoner år.

I beräkningen används konvektion i en viskös vätska och radioaktivitet, så den kombinerar Perrys idé med radioaktivitetens effekt, trots att Perrys bidrag hade glömts bort. Den senare kunskapen om plattektonik gjorde det ganska säkert att den nedre manteln var en viskös vätska.

Solsystem

Solsystemets bildning och utveckling beräknas ha börjat för 4,568 miljarder år sedan med gravitationskollapsen av en liten del av ett jättelikt molekylmoln. I princip utvecklades hela systemet under samma tidsperiod.

Användningen av den vetenskapliga metoden förutsätter enhetliga metoder för att beräkna jordens ålder. Den hinduiska religionen ligger närmast den nuvarande vetenskapliga uppskattningen. Vissa kristna och judar tror att skapelseberättelsen i Första Moseboken är bokstavligen sann, vilket skulle innebära att jorden skapades för 5 000 till 10 000 år sedan, och att de metoder som används för att beräkna åldern inte har varit enhetliga under hela jordens historia. Numera anser dock de flesta människor att sådana frågor bäst besvaras med vetenskapliga metoder.

• Geokronologi
• Den geologiska tidsskalans historia
• Tidslinje för naturen