Ouderdom van de Aarde

De leeftijd van de aarde wordt geschat op iets meer dan 4,5 miljard jaar. Dit uitrekenen was een moeilijk probleem om op te lossen. Gedurende het grootste deel van de menselijke geschiedenis waren de basisfeiten over de planeet onbekend. Het probleem werd aangepakt door aardwetenschappers in de twintigste eeuw.

Moderne schattingen zijn gebaseerd op radioactieve dateringsmethoden. De oudste mineralen op aarde - kleine kristallen van zirkoon uit de Jack Hills van West-Australië - zijn ten minste 4,4 miljard jaar oud. Ca-Al-rijke insluitsels - de oudst bekende vaste deeltjes in meteorieten die binnen het zonnestelsel zijn gevormd - zijn 4,567 miljard jaar oud. Dit geeft een leeftijd voor het zonnestelsel en een bovengrens voor de leeftijd van de aarde.

Aarde vanuit de ruimte
Aarde vanuit de ruimte

19e eeuw

In het laatste kwart van de 19e eeuw was er een langlopend debat over de ouderdom van de Aarde. In Charles Lyell's 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 werken hoe oud.

Zijn jongere vriend Charles Darwin geloofde dit ook. Darwin zag dat als er evolutie had plaatsgevonden, daar een lange tijd voor nodig zou zijn geweest. Bovendien ligt er een enorme hoeveelheid sedimentair gesteente tussen de vroege fossielen in de Cambrium-lagen, en het huidige landoppervlak. Darwin en Lyell waren het erover eens dat het zeer lang zou hebben geduurd voordat zoveel gesteente was afgezet.

In de eerste editie van Over de oorsprong der soorten (1859) had Darwin geschat dat de erosie van de Sussex Weald 300 miljoen jaar geduurd moet hebben. p314 Zowel hij als Lyell waren verbaasd 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 hoe lang het de Aarde moet hebben gekost om af te koelen tot haar huidige temperatuur, gegeven een beginpunt van 2000oC. Kelvins resultaat was gebaseerd op het idee dat de geothermische gradiënt nabij het aardoppervlak de geleidende afkoeling van de vaste aarde weerspiegelt.

Hij deed deze berekening een aantal malen, waarbij hij verschillende veronderstellingen maakte. In 1862 lag zijn schatting tussen 20 en 400 miljoen jaar; maar in 1866 verlaagde hij de hoogste schatting tot 100 miljoen jaar, en viel Darwin en Lyle aan omdat zij geen acht hadden geslagen op zijn berekening. Wij weten dat Darwin ongerust was en vreesde dat dit niet lang genoeg zou zijn om evolutie mogelijk te maken. Thomas Henry Huxley merkte op dat Kelvins berekeningen goed waren, maar dat zijn veronderstellingen fout waren. In 1897 deed Kelvin de berekening nog een laatste keer, en kwam uit op 20 tot 40 miljoen jaar. Dit zou natuurlijk absoluut niet lang genoeg zijn om evolutie mogelijk te maken. Oliver Heaviside was het er ook niet mee eens, en stelde een alternatief geothermisch model voor. Uiteindelijk bleek dat zowel Kelvin als Heaviside het bij het verkeerde eind hadden.

Viskeuze mantel

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

In Kelvins model 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 aardoppervlak, dan zouden de aardkern en de aardmantel ook afkoelen. Dit zou een enorme energievoorraad aan het aardoppervlak opleveren. In dat geval zou Kelvins schatting van de leeftijd van de Aarde vele malen te laag zijn.

Perry's voornaamste reden was dat convectie in het vloeibare, of gedeeltelijk vloeibare, inwendige van de aarde veel doeltreffender warmte zou overbrengen dan geleiding:

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

Kelvin bleef bij zijn schatting van 100 miljoen jaar, en verlaagde later de schatting 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 gedurende vele jaren de verklaring uit het boek was. De herontdekking en het heronderzoek 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 "als erkenning voor de buitengewone diensten die hij heeft bewezen door zijn ontdekking van spontane radioactiviteit".

Uiteindelijk realiseerde men zich dat radioactiviteit een belangrijke bron van warmte in het binnenste van de Aarde was. p206 In 1921 kwam de eerste moderne schatting, waarbij gebruik werd gemaakt van radiometrische datering. Deze was gebaseerd op uranium-lood datering: 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, gebaseerd op een hele reeks radioactieve isotopen. Dit komt dicht in de buurt van de tijd die wij nu schatten, en die verder is verfijnd tot ongeveer 4.560 miljoen jaar.

De berekening maakt gebruik van convectie in een viskeuze vloeistof en van radioactiviteit, zodat het idee van Perry wordt gecombineerd met het effect van radioactiviteit, ook al was de bijdrage van Perry in de vergetelheid geraakt. De latere kennis van de platentektoniek maakte het vrij zeker dat de ondermantel een viskeuze vloeistof was.

Zonnestelsel

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

Religieuze opvattingen

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

Verwante pagina's


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3