Apskaičiuota, kad Žemės amžius yra šiek tiek daugiau nei 4,5 mlrd. metų. Tai išsiaiškinti buvo sudėtinga užduotis. Didžiąją žmonijos istorijos dalį pagrindiniai faktai apie planetą nebuvo žinomi. Šią problemą XX amžiuje ėmėsi spręsti Žemės mokslininkai.

Šiuolaikiniai skaičiavimai grindžiami radioaktyviais datavimo metodais. Seniausiems Žemės mineralams - mažiems cirkono kristalams iš Vakarų Australijoje esančių Džeko kalvų - yra mažiausiai 4,4 mlrd. metų. Ca-Al turtingiems intarpams - seniausiems žinomiems kietiems gabalėliams meteorituose, susiformavusiems Saulės sistemoje, - yra 4,567 mlrd. metų. Taip nustatomas Saulės sistemos amžius ir viršutinė Žemės amžiaus riba.

Kaip veikia radiometrinis datavimas

Radiometrinis (radioaktyvus) datavimas remiasi tuo, kad tam tikri cheminiai elementai yra nestabilūs ir savaime virsta kitais – taip vadinamais dukteriniais – izotopais. Kiekvienai radioaktyviai transformacijai būdingas savas pusinės eliminacijos (half-life) laikas, per kurį pusė pradinio tėvinio izotopo jau būna pavirtę dukteriniu. Matuodami santykį tarp tėvinio ir dukterinio izotopų, mokslininkai gali apskaičiuoti, kiek laiko vyko radioaktyvus skilimas, ir taip nustatyti uolos ar inkluzijos amžių.

Populiariausios sistemos geologijoje yra:

  • Uranas–svinas (U–Pb), dažnai taikomas cirkonams dėl jų atsparumo ir aukšto uždarymo (closure) temperatūros;
  • Pb–Pb (vado–vado) arba sudėtinės Pb izotopų analizės, naudotos Saulės sistemos amžiui nustatyti;
  • Rubidžius–stroncis (Rb–Sr) ir samaris–neodimis (Sm–Nd), naudojami meteorituose ir dinozorių uolienose.

Kritinė sąvoka yra „uždarymo temperatūra“: ta temperatūra, nuo kurios medžiaga nebeįsileidžia judrių izotopų ir jos izotopinis santykis išlieka iš esmės neatšaukiamas. Būtent dėl didelio atsparumo cirkonai dažnai išsaugo labai senus signalus ir leidžia nustatyti ankstyvąją planetos istoriją.

Seniausi pėdsakai: cirkonai, CAI ir mėnulio bei meteorito mėginiai

Džeko kalvų (Jack Hills) cirkonų kristalai iš Vakarų Australijos yra vieni iš seniausių Žemėje išlikusių mineralų — jie rodo amžių apie 4,4 mlrd. metų. Šie mažyčiai kristalai yra vertingi, nes išsaugo cheminę informaciją apie ankstyvąją Žemės litosferą ir atmosferą.

Ca-Al turtingi intarpai (angl. CAI) randami tam tikruose chondritiniuose meteorituose ir laikomi pirmosiomis kietosiomis medžiagomis, susiformavusiomis Saulės protoplanetariniame diske. Jų radioizotopiniai tyrimai duoda ~4,567 mlrd. metų — tai laikoma Saulės sistemos susidarymo (akrecijos) pradžia ir todėl viršutine Žemės amžiaus riba.

Be meteorituose randamų CAI ir antžeminių cirkonų, svarbūs įrodymai gaunami iš mėnulio uolienų (Apollo misijos mėginiai), kurie taip pat rodo seniausius Saulės sistemos laikus ir patvirtina, kad Žemė ir Mėnulis susiformavo labai ankstyvoje Saulės sistemos istorijoje.

Žemės amžiaus nustatymas istorijoje ir šiandien

XX a. viduryje Clarkas Pattersonas (Clair Patterson) panaudojo vado izotopų analizę meteorituose ir pasiūlė, kad Saulės sistemos amžius yra apie 4,55 mlrd. metų, taip atsisakius ankstesnių labai įvairių spekuliacijų. Vėlesni, tikslesni tyrimai su modernesniais instrumentais suvienodino įrodymus — šiandien priimamas Saulės sistemos ir Žemės amžius yra maždaug 4,54 ± 0,05 mlrd. metų.

Kodėl negalime tiesiogiai datuoti visos Žemės?

Visą Žemę datuoti sudėtinga, nes planeta yra aktyvi: pluta verda, protekta ir perkalibruoja – seniausios uolienos dažnai būna perdirbtos, ištirpintos arba transformuotos per milijardus metų. Dėl šios priežasties mokslininkai remiasi keliais nepriklausomais įrodymais: seniausiais cirkonais, meteorituose rastais CAI ir meteoritų amžiumi, taip pat mėnulio uolienomis. Visi šie duomenys kartu sudaro nuoseklų vaizdą, leidžiantį nustatyti Žemės amžių ir jo netikrumą.

Tolesni tyrimai ir neatsakyti klausimai

Nors pagrindinė amžiaus riba ir bendras vertinimas yra stabilūs, toliau tobulėja analizės metodai (masinės spektrometrijos prietaisai, pažangesni izotopinių santykių modeliai). Taip pat tęsiami tyrimai, nagrinėjantys ankstyvąją Žemės aplinką ir procesus, kurie formavo pirmuosius žemės plutos fragmentus bei sąlygas gyvybės atsiradimui.

Apibendrinant: radiometrinis datavimas, seniausi cirkonai iš Džeko kalvų ir CAI meteorituose leidžia mokslui patikimai nustatyti, kad mūsų planeta yra apie 4,5 mlrd. metų amžiaus, o ši išvada paremta keliais nepriklausomais geochemijos ir kosmochemijos įrodymais.