Ouderdom van de Aarde

Vroege wetenschap

De eerste feiten over de aarde werden uitgewerkt door de oude Grieken. Een goede schatting van de grootte van de aarde werd gemaakt door Eratosthenes (276 BC-194 BC), met behulp van goniometrie.

De eerste op bewijzen gebaseerde schatting van de leeftijd van de aarde was van Benoît de Maillet (1656-1738), een Franse diplomaat, filosoof en natuuronderzoeker. Hij dacht dat de aarde zich door langzame, natuurlijke krachten moest hebben ontwikkeld. Hij bestudeerde de geologie in het veld. Hij zag tekenen van erosie op het land en sedimentatie in de zee. Hij verborg zijn ideeën onder het mom van een gesprek met een Indiase filosoof, om een conflict met de katholieke kerk te vermijden. Zijn werk bleef in manuscript tot na zijn dood, toen het werd gepubliceerd nadat de redacteur wijzigingen had aangebracht die het beschadigden. Nu is er een betere moderne editie, gebaseerd op de manuscripten. de Maillet schatte dat de aarde ouder was dan twee miljard jaar. Hij erkende ook de ware aard van fossielen, en had vroege ideeën over evolutie.

19e eeuw

In het laatste kwart van de 19e eeuw was er een langdurig debat over de leeftijd van de aarde. In Charles Lyells Principles of Geology (1830-33) toonde hij aan dat de aarde langzaam was veranderd, en dat wat wij zien het resultaat is van geleidelijke veranderingen. Dit uniformitarianisme betekende duidelijk dat de aarde oud was, hoewel Lyell niet probeerde uit te zoeken hoe oud.

Zijn jongere vriend Charles Darwin geloofde dit ook. Darwin zag dat als de evolutie had plaatsgevonden, dit veel tijd zou hebben gekost. Ook ligt er een enorme hoeveelheid sedimentair gesteente tussen de vroege fossielen in de lagen van het Cambrium en het huidige landoppervlak. Darwin en Lyell waren het erover eens dat het heel lang zou hebben geduurd voordat zoveel gesteente was afgezet.

In de eerste editie van On the origin of species (1859) had Darwin geschat dat de erosie van de Sussex Weald 300 miljoen jaar moest hebben geduurd.^p314 Zowel hij als Lyell waren verrast toen de natuurkundige William Thomson (Lord Kelvin) zei dat de aarde niet zo oud kon zijn als zij dachten. Hij maakte de berekening op basis van de tijd die de aarde nodig had om af te koelen tot haar huidige temperatuur, uitgaande van een startpunt van 2.000^o C. Het resultaat van Kelvin was gebaseerd op het idee dat de geothermische gradiënt aan de oppervlakte de geleidende afkoeling van de vaste aarde weerspiegelt.

Hij deed deze berekening een aantal keren, met verschillende aannames. In 1862 lag zijn schatting tussen 20 en 400 miljoen jaar; maar in 1866 verlaagde hij de bovenste schatting tot 100 miljoen jaar, en viel Darwin en Lyle aan omdat zij geen rekening hielden met zijn berekening. Wij weten dat Darwin bezorgd was en vreesde dat dit niet lang genoeg zou zijn voor evolutie. Thomas Henry Huxley merkte op dat Kelvins berekeningen goed waren, maar dat zijn aannames fout waren. In 1897 deed Kelvin de berekening nog een keer, en kwam uit op 20 tot 40 miljoen jaar. Dit zou natuurlijk beslist niet lang genoeg zijn om evolutie mogelijk te maken. Oliver Heaviside was het hier ook niet mee eens, en stelde een alternatief geothermisch model voor. Zowel Kelvin als Heaviside bleken het uiteindelijk bij het verkeerde eind te hebben.

Viskeuze mantel

Helemaal aan het eind van de 19e eeuw realiseerde iemand zich dat als de mantel een zeer viskeuze (kleverige) vloeistof was, dat een groot verschil zou maken voor de berekeningen. In 1895 kwam John Perry, een voormalig assistent van Kelvin, met een schatting van de leeftijd van de aarde van 2 tot 3 miljard jaar met behulp van een model van een convectieve mantel en een dunne korst.

In het model van Kelvin wordt de warmte aan het aardoppervlak afgeleid van de afkoeling van een ondiepe buitenkorst, uitgaande van een vaste aarde. Maar als het geleidingsvermogen binnenin de aarde veel hoger zou zijn dan aan het oppervlak, dan zouden de kern en de onderste mantel van de aarde ook afkoelen. Dit zou een enorme energievoorraad opleveren voor het oppervlak. In dat geval zou Kelvins schatting van de leeftijd van de aarde vele malen te laag zijn.

Perry's belangrijkste reden was dat convectie in het vloeibare, of gedeeltelijk vloeibare, binnenste van de aarde warmte veel effectiever zou overbrengen dan geleiding:

"... veel interne vloeibaarheid zou voor ons doel praktisch oneindige geleidbaarheid betekenen".

Kelvin bleef bij zijn schatting van 100 miljoen jaar, en verlaagde die schatting later tot ongeveer 20 miljoen jaar.

Wij weten nu dat het bestaan van een viskeuze vloeistof onder een dunne korst een veel grotere factor is dan de ontdekking van radioactiviteit, die jarenlang de verklaring uit het boekje was. De herontdekking en herbestudering van het werk van Perry is vrij recent.

20e eeuw

In 1896 ontdekte Henri Becquerel radioactiviteit. In 1903 deelde hij de Nobelprijs voor natuurkunde met Pierre en Marie Curie "ter erkenning van de buitengewone diensten die hij heeft bewezen door zijn ontdekking van spontane radioactiviteit".

Uiteindelijk besefte men dat radioactiviteit een belangrijke bron van warmte in de aarde was.^p206 In 1921 kwam de eerste moderne schatting, met behulp van radiometrische datering. Deze was gebaseerd op uranium-looddatering: de snelheid van verval van uranium tot lood in de aardkorst, door Henry Norris Russell. Hij kwam uit op 2 tot 8 miljard jaar. ^{p27, tabel 3.1} In 1949 schatte H.E. Suess 4 tot 5 miljard jaar, op basis van een hele reeks radioactieve isotopen. Dit ligt dicht bij de tijd die wij vandaag schatten, die verder is verfijnd tot ongeveer 4.560 miljoen jaar.

De berekening maakt zowel gebruik van convectie in een viskeuze vloeistof als van radioactiviteit, en combineert dus het idee van Perry met het effect van radioactiviteit, ook al was Perry's bijdrage vergeten. De latere kennis van de platentektoniek maakte het vrij zeker dat de onderste mantel een viskeuze vloeistof was.

Zonnestelsel

De vorming en evolutie van het zonnestelsel is naar schatting 4,568 miljard jaar geleden begonnen met de zwaartekrachtinstorting van een klein deel van een reusachtige moleculaire wolk. In principe ontwikkelde het hele stelsel zich in dezelfde periode.

Religieuze opvattingen

Het gebruik van de wetenschappelijke methode veronderstelt uniforme methoden om de leeftijd van de aarde te berekenen. De hindoereligie komt het dichtst bij de huidige wetenschappelijke schatting. Sommige christenen en joden geloven dat het scheppingsverhaal van Genesis letterlijk waar is, wat zou betekenen dat de aarde tussen 5000 en 10.000 jaar geleden is geschapen, en dat de methoden om de leeftijd te berekenen niet consistent zijn geweest in de geschiedenis van de aarde. Tegenwoordig denken de meeste mensen echter dat dergelijke vragen het best kunnen worden beantwoord met wetenschappelijke methoden.

Gerelateerde pagina's

• Geochronologie
• Geschiedenis van de geologische tijdschaal
• Tijdlijn natuur