Quanti anni ha la Terra?

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Quanti anni ha la Terra? Gli scienziati pensano che ilLa Terra ha 4,54 miliardi di anni. Per coincidenza, questa è la stessa età del resto dei pianeti del Sistema Solare, così come del Sole. Certo, non è una coincidenza; il Sole ei pianeti si sono formati tutti insieme da una nuvola diffusa di idrogeno miliardi di anni fa.

Nel primo sistema solare, tutti i pianeti si sono formati nella nebulosa solare; i resti lasciati dalla formazione del Sole. Piccole particelle di polvere si sono raccolte insieme in oggetti sempre più grandi - ciottoli, rocce, massi, ecc. - fino a quando non c'erano molti planetoidi nel Sistema Solare. Questi planetoidi si sono scontrati e alla fine si sono uniti abbastanza da diventare delle dimensioni della Terra.

Ad un certo punto della storia antica della Terra, un planetoide delle dimensioni di Marte si è schiantato sul nostro pianeta. La collisione risultante ha inviato detriti in orbita che alla fine è diventata la Luna.

Come fanno gli scienziati a sapere che la Terra ha 4,54 miliardi di anni? In realtà è difficile dirlo dalla sola superficie del pianeta, poiché la tettonica a placche ne rimodella costantemente la superficie. Le parti più vecchie della superficie scivolano sotto le lastre più nuove per essere riciclate nel nucleo terrestre. Le rocce più antiche mai trovate sulla Terra hanno 4,0 – 4,2 miliardi di anni.

Gli scienziati presumono che tutto il materiale del Sistema Solare si sia formato contemporaneamente. Varie sostanze chimiche, e in particolare isotopi radioattivi, si sono formate insieme. Poiché decadono a una velocità molto nota, questi isotopi possono essere misurati per determinare da quanto tempo esistono gli elementi. E studiando diversi meteoriti da diverse località del Sistema Solare, gli scienziati sanno che i diversi pianeti si sono formati tutti nello stesso momento.

Metodi falliti per calcolare l'età della Terra
Il nostro metodo attuale e accurato per misurare l'età della Terra arriva alla fine di una lunga serie di stime fatte nel corso della storia. Scienziati intelligenti hanno scoperto caratteristiche della Terra e del Sole che cambiano nel tempo, e quindi hanno calcolato quanti anni ha il pianeta Terra da questo. Sfortunatamente, erano tutti difettosi per vari motivi.

• Diminuzione del livello del mare– Benoit de Maillet, un antropologo francese che visse dal 1656 al 1738 e ipotizzò (erroneamente) che i fossili ad alta quota significassero che la Terra era un tempo coperta da un grande oceano. Questo oceano aveva preso2 miliardi di annievaporare agli attuali livelli del mare. Gli scienziati hanno abbandonato questo quando si sono resi conto che i livelli del mare aumentano e diminuiscono naturalmente.
• Raffreddamento della Terra-William Thompson, in seguito noto come Lord Kelvin, presumeva che la Terra fosse una volta una palla di roccia fusa con la stessa temperatura del Sole, e da allora si è raffreddata. Sulla base di queste ipotesi, Thompson ha calcolato che la Terra ha preso da qualche parte nel mezzo20 e 400 milioni di anniraffreddare alla sua temperatura attuale. Naturalmente, Thompson ha fatto diverse ipotesi imprecise, sulla temperatura del Sole (in realtà è di 15 milioni di gradi Kelvin al suo centro), la temperatura della Terra (con il suo nucleo fuso) e come il Sole è fatto di idrogeno e la Terra è fatto di roccia e metallo.
• Raffreddamento del sole– Nel 1856, il fisico tedesco Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz tentò di calcolare l'età della Terra mediante il raffreddamento del Sole. Ha calcolato che il Sole avrebbe preso22 milioni di annicondensare fino al diametro e alla temperatura attuali da una nuvola diffusa di gas e polvere. Sebbene ciò fosse impreciso, Helmholtz identificò correttamente che la fonte del calore del Sole era guidata dalla contrazione gravitazionale.
• Erosione della roccia– Nel suo libro The Origin of Species by Means of Natural Selection, Charles Darwin ha proposto che l'erosione dei depositi di gesso potrebbe consentire un calcolo dell'età minima del pianeta. Darwin stimò che una formazione di gesso nella regione di Weald in Inghilterra avrebbe potuto prendere300 milioni di anniper tempo alla sua forma attuale.
• Orbita della Luna– George Darwin, il figlio di Charles Darwin, ipotizzò che la Luna potesse essersi formata dalla Terra e si trasferì nella sua posizione attuale. La teoria della fissione ha proposto che la rapida rotazione della Terra abbia causato la rotazione di una parte del pianeta nello spazio. Darwin calcolò che aveva preso almeno la Luna56 milioni di anniper raggiungere la sua attuale distanza dalla Terra. Ora sappiamo che la Luna si è probabilmente formata quando un oggetto delle dimensioni di Marte si è schiantato contro la Terra miliardi di anni fa.
• Salinità dell'Oceano– Nel 1715, il famoso astronomo Edmund Halley propose che la salinità degli oceani potesse essere usata per stimare l'età del pianeta. Halley osservò che gli oceani e i laghi alimentati dai corsi d'acqua ricevevano costantemente più sale, che poi si bloccava quando l'acqua evaporava. Nel tempo, l'acqua diventerebbe sempre più salata, consentendo una stima di quanto tempo è in corso questo processo. Vari geologi hanno usato questo metodo per indovinare che la Terra era tra80 e 150 milioni di anni. Questo metodo era imperfetto perché gli scienziati non si rendevano conto che anche i processi geologici stanno estraendo sale dall'acqua.

La datazione radiometrica fornisce un metodo accurato per conoscere l'età della Terra
Nel 1896, il chimico francese A. Henri Becquerel scoprì la radioattività, il processo in cui i materiali decadono in altri materiali, liberando energia. I geologi si sono resi conto che l'interno della Terra conteneva una grande quantità di materiale radioattivo, e questo avrebbe vanificato i loro calcoli per l'età della Terra. Sebbene questa scoperta abbia rivelato difetti nei precedenti metodi di calcolo dell'età della Terra, ha fornito un nuovo metodo:datazione radiometrica.

I geologi hanno scoperto che i materiali radioattivi decadono in altri elementi a un ritmo molto prevedibile. Alcuni materiali decadono rapidamente, mentre altri possono impiegare milioni o addirittura miliardi di anni per decadere completamente. Ernest Rutherford e Frederick Soddy, lavorando alla McGill University, hanno determinato che metà di qualsiasi isotopo di un elemento radioattivo decade in un altro isotopo a una velocità prestabilita. Ad esempio, se hai una determinata quantità di torio-232, metà di esso decadrà in un miliardo di anni, e quindi metà di tale quantità decadrà in un altro miliardo di anni. Questa è la fonte del termine 'metà vita'.

Misurando l'emivita degli isotopi radioattivi, i geologi sono stati in grado di costruire una scala di misurazione che ha permesso loro di calcolare con precisione l'età delle formazioni geologiche, inclusa la Terra. Hanno usato il decadimento dell'uranio in vari isotopi di piombo. Misurando la quantità di tre diversi isotopi di piombo (Pb-206, Pb-207 e Pb-208 o Pb-204), i geologi possono calcolare quanto uranio c'era originariamente in un campione di materiale.

Se il Sistema Solare si fosse formato da un comune pool di materia, con isotopi di Pb uniformemente distribuiti, allora tutti gli oggetti di quel pool di materia dovrebbero mostrare quantità simili di isotopi. Inoltre, nel tempo, le quantità di Pb-206 e Pb-207 cambieranno perché questi isotopi sono prodotti finali del decadimento dell'uranio. Questo fa cambiare la quantità di piombo e uranio. Più alto è il rapporto uranio-piombo di una roccia, più i valori di Pb-206/Pb-204 e Pb-207/Pb-204 cambieranno nel tempo. Ora, supponendo che la sorgente del sistema solare fosse distribuita uniformemente anche con isotopi di uranio, allora si può tracciare una linea dati che mostri un grafico piombo-uranio e, dall'inclinazione della linea, il tempo trascorso da il pool di materia è stato separato in singoli oggetti può essere calcolato.

Bertram Boltwood applicò questo metodo di datazione a 26 diversi campioni di rocce e scoprì che si erano formati tra92 e 570 milioni di anni, e ulteriori perfezionamenti alla tecnica hanno dato età tra250 milioni a 1,3 miliardi di anni.

I geologi hanno iniziato a esplorare la Terra, alla ricerca delle più antiche formazioni rocciose del pianeta. La roccia superficiale più antica si trova in Canada, Australia e Africa, con età che vanno dada 2,5 a 3,8 miliardi di anni. La roccia più antica è stata scoperta in Canada nel 1999 e si stima che abbia poco più di 4 miliardi di anni.

Questo ha fissato un'età minima per la Terra, ma grazie a processi geologici come l'erosione e la tettonica delle placche, potrebbe essere ancora più vecchia.

Meteoriti come risposta finale all'età della Terra
Il problema con la misurazione dell'età delle rocce sulla Terra è che il pianeta è in costante cambiamento geologico. La tettonica a zolle ricicla costantemente porzioni della Terra, fondendola e nascondendo per sempre le regioni più antiche del pianeta. Ma supponendo che tutto nel Sistema Solare si sia formato allo stesso tempo, i meteoriti nello spazio non sono stati influenzati dagli agenti atmosferici e dalla tettonica delle placche qui sulla Terra.

I geologi hanno usato questi oggetti incontaminati, come il meteorite Canyon Diablo (i frammenti dell'asteroide che ha avuto un impatto sul cratere Barringer) come un modo per arrivare alla vera età del Sistema Solare, e quindi della Terra. Utilizzando il sistema di datazione radiometrica su questi meteoriti, i geologi sono stati in grado di determinare che la Terra è4,54 miliardi di annientro un margine di errore di circa l'1%.

Fonti:
Comprendere la scienza – Lord Kelvin
USGS Age of the Earth
L'orologio scientifico fallito di Lord Kelvin
Il ruolo del decadimento radioattivo
Cast di Astronomia Episodio 51: Terra
Trovate le più antiche formazioni rocciose

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