Hvor gammel er Jorden? Jordens alder og radiometrisk datering

De første fakta om Jorden blev udarbejdet af de gamle grækere. Eratosthenes (276 f.Kr.-194 f.Kr.) lavede et godt skøn over Jordens størrelse ved hjælp af trigonometri.

Den første vurdering af Jordens alder baseret på beviser blev foretaget af Benoît de Maillet (1656-1738), en fransk diplomat, filosof og naturforsker. Han mente, at jorden måtte have udviklet sig ved langsomme, naturlige kræfter. Han studerede geologi i felten. Han kunne se tegn på erosion på land og sedimentation i havet. Han skjulte sine ideer under dække af en samtale med en indisk filosof for at undgå konflikter med den katolske kirke. Hans værk forblev i manuskript indtil efter hans død, hvor det blev udgivet efter at redaktøren havde foretaget ændringer, der skadede det. Nu findes der en bedre moderne udgave baseret på manuskripterne. de Maillet anslog, at Jorden var ældre end to milliarder år. Han anerkendte også fossilers sande natur og havde tidlige ideer om evolution.

I den sidste fjerdedel af det 19. århundrede var der en langvarig debat om Jordens alder. I Charles Lyells Principles of Geology (1830-33) viste han, at Jorden havde ændret sig langsomt, og at det, vi ser, er resultatet af gradvise forandringer. Denne uniformitarisme betød klart, at Jorden var gammel, selv om Lyell ikke forsøgte at finde ud af hvor gammel.

Hans yngre ven Charles Darwin troede også på dette. Darwin så, at hvis evolutionen havde fundet sted, ville det have taget lang tid, hvis den havde fundet sted. Desuden ligger der en enorm mængde sedimentære bjergarter mellem de tidlige fossiler i de kambriske lag og den nuværende landoverflade. Darwin og Lyell var enige om, at det ville have taget meget lang tid for så meget sten at blive aflejret.

I den første udgave af On the origin of species (1859) anslog Darwin, at erosionen af Sussex Weald må have taget 300 millioner år.^p314 Både han og Lyell blev overraskede, da fysikeren William Thomson (Lord Kelvin) sagde, at Jorden ikke kunne være så gammel, som de troede. Han lavede beregningen på grundlag af, hvor lang tid det må have taget Jorden at køle ned til dens nuværende temperatur ud fra et udgangspunkt på 2.000^o C. Kelvins resultat var baseret på den idé, at den geotermiske gradient nær overfladen afspejler den ledende afkøling af den faste jord.

Han foretog denne beregning flere gange med forskellige forudsætninger. I 1862 lå hans skøn på mellem 20 og 400 millioner år; men i 1866 reducerede han det øverste skøn til 100 millioner år og angreb Darwin og Lyle for ikke at have taget hans beregning til efterretning. Vi ved, at Darwin var ængstelig og bekymret for, at dette ikke ville være længe nok til at muliggøre evolutionen. Thomas Henry Huxley bemærkede, at Kelvins beregninger var gode, men at hans antagelser var forkerte. I 1897 foretog Kelvin beregningen en sidste gang og kom frem til 20-40 millioner år. Dette ville naturligvis bestemt ikke være længe nok til at muliggøre evolution. Oliver Heaviside var også uenig og foreslog en alternativ geotermisk model. Både Kelvin og Heaviside fik til sidst vist sig at tage fejl.

Viskøs kappe

Lige i slutningen af det 19. århundrede indså nogen, at hvis kappen var en meget tyktflydende (klæbrig) væske, ville det gøre en stor forskel i beregningerne. I 1895 fremlagde John Perry, en tidligere assistent af Kelvin, et skøn over Jordens alder på 2-3 milliarder år ved hjælp af en model med en konvektiv kappe og tynd skorpe.

I Kelvins model stammer varmen på Jordens overflade fra afkøling af en lavvandet ydre skorpe, idet man antager en fast jord. Men hvis ledningsevnen inde i Jorden var meget højere end ved overfladen, ville Jordens kerne og den nedre kappe også afkøle. Dette ville give et enormt energilager til overfladen. I så fald ville Kelvins vurdering af Jordens alder være mange gange for lav.

Perrys hovedbegrundelse var, at konvektion i Jordens flydende eller delvist flydende indre ville overføre varme meget mere effektivt end konduktion:

"... meget intern væskefylde ville praktisk talt betyde uendelig ledningsevne til vores formål".

Kelvin holdt fast i sit skøn på 100 millioner år og reducerede det senere til omkring 20 millioner år.

Vi ved nu, at eksistensen af en tyktflydende væske under en tynd skorpe er en langt større faktor end opdagelsen af radioaktivitet, som i mange år var den mest udbredte forklaring. Genopdagelsen og den fornyede gennemgang af Perrys arbejde er ganske ny.

I 1896 opdagede Henri Becquerel radioaktivitet. I 1903 delte han Nobelprisen i fysik med Pierre og Marie Curie "i anerkendelse af de ekstraordinære tjenester, han har gjort sig ved sin opdagelse af spontan radioaktivitet".

Til sidst indså man, at radioaktivitet var en vigtig varmekilde i Jordens indre.^p206 I 1921 kom det første moderne skøn ved hjælp af radiometrisk datering. Den var baseret på uran-bly-datering: Henry Norris Russells henfaldshastighed af uran til bly i jordskorpen. Han kom frem til 2 til 8 milliarder år.^{s27, tabel 3.1} I 1949 anslog H.E. Suess 4 til 5 milliarder år på grundlag af en lang række radioaktive isotoper. Dette er tæt på den tid, vi anslår i dag, som er blevet yderligere forfinet til ca. 4.560 millioner år.

Beregningen gør brug af konvektion i en tyktflydende væske samt radioaktivitet, så den kombinerer Perrys idé med radioaktivitetens effekt, selv om Perrys bidrag var blevet glemt. Den senere viden om pladetektonik gjorde det helt sikkert, at den nedre kappe var en viskøs væske.

Solsystemet

Solsystemets dannelse og udvikling anslås at være begyndt for 4,568 milliarder år siden med det gravitationelle kollaps af en lille del af en kæmpe molekylær sky. I princippet udviklede hele systemet sig i samme tidsrum.

Anvendelse af den videnskabelige metode forudsætter uniformitetsmetoder til beregning af Jordens alder. Den hinduistiske religion kommer tættest på den nuværende videnskabelige vurdering. Nogle kristne og jøder mener, at skabelsesberetningen i 1. Mosebog er bogstaveligt sand, hvilket ville betyde, at Jorden blev skabt for mellem 5.000 og 10.000 år siden, og at de metoder, der anvendes til at beregne alderen, ikke har været ensartede gennem hele Jordens historie. I dag mener de fleste mennesker imidlertid, at sådanne spørgsmål bedst besvares ved hjælp af videnskabelige metoder.

• Geokronologi
• Historien om den geologiske tidsskala
• Tidslinje for natur