Tuổi của hành tinh chúng ta

Tuổi của hành tinh chúng ta hiện tại được ước tính khoảng 4,54 tỷ năm (4,54 × 10^9 năm ± 1%). Con số này dựa trên phương pháp định tuổi bằng đồng vị phóng xạ cho các thiên thạch chondrite và vật liệu cổ nhất trên Trái Đất cũng như mẫu vật trên Mặt Trăng.

Với sự tiến bộ trong việc định tuổi bằng đồng vị phóng xạ, các nghiên cứu hàm lượng chì trong khoáng vật giàu urani cho thấy một số mẫu có tuổi vượt qua 1 tỷ năm. Các tinh thể zircon từ Jack Hills, Tây Úc – vật liệu cổ nhất được định tuổi – có ít nhất 4,404 tỷ năm. Hệ Mặt Trời không thể cổ hơn các đá này khi so sánh với khối lượng và độ sáng của các ngôi sao khác. Các bao thể giàu Ca-Al, là phần tử rắn cổ nhất trong các thiên thạch, có tuổi 4,567 tỷ năm, đánh dấu giới hạn tối thiểu của tuổi Trái Đất. Các nghiên cứu giả thuyết rằng Trái Đất bắt đầu hình thành ngay sau khi các bao thể giàu Ca-Al và các thiên thạch xuất hiện. Do thời gian bồi đắp của Trái Đất chưa được xác định chính xác và các mô hình dao động từ vài triệu đến khoảng 100 triệu năm, tuổi của Trái Đất vẫn còn là một câu hỏi mở. Tuổi của các đá cổ nhất trên bề mặt cũng khó xác định do sự đa dạng tuổi của các khoáng vật trong chúng. Hiện nay, đá Acasta Gneiss ở miền Bắc Canada có thể là đá cổ nhất trên mặt đất.

Những tiến bộ trong quan điểm địa chất học hiện đại

Nghiên cứu địa tầng và sự phân lớp của đá và đất đã cung cấp cơ sở cho các nhà tự nhiên học nhận định rằng Trái Đất có thể đã trải qua nhiều biến đổi trong suốt thời gian tồn tại của nó. Những lớp đá này thường chứa hóa thạch với những đặc điểm chưa được biết đến, giúp con người theo dõi sự tiến hóa của sinh vật qua từng lớp.

Nicolas Steno (thế kỷ XVII) là một trong những nhà tự nhiên học tiên phong liên kết hóa thạch với địa tầng. Những quan sát của ông dẫn đến các nguyên lý địa tầng học như quy luật xếp chồng và quy luật phân lớp nằm ngang nguyên thủy. Vào thập niên 1790, William Smith đưa ra giả thuyết rằng nếu hai lớp đá tại những địa điểm khác nhau chứa cùng loại hóa thạch, chúng có thể có tuổi tương đương. John Phillips, học trò và cháu của William Smith, đã sử dụng phương pháp này để ước tính tuổi Trái Đất khoảng 96 triệu năm.

Mikhail Lomonosov, nhà tự nhiên học vào giữa thế kỷ XVIII, cho rằng Trái Đất được hình thành riêng biệt từ phần còn lại của vũ trụ hàng trăm ngàn năm trước. Các lý thuyết của ông chủ yếu mang tính chất giả thuyết. Năm 1779, Georges Louis Leclerc, Bá tước xứ Buffon, ước tính tuổi Trái Đất qua một thí nghiệm tạo ra một địa cầu mô phỏng và đo tốc độ làm lạnh của nó. Ông kết luận rằng Trái Đất có tuổi khoảng 75.000 năm.

Các nhà tự nhiên học khác đã dựa trên những giả thuyết này để xây dựng lịch sử Trái Đất, mặc dù các mốc thời gian của họ chưa chính xác vì thiếu thông tin về thời gian hình thành các tầng đá địa tầng.

Những tính toán từ trước đây

Năm 1862, nhà vật lý William Thomson ước lượng tuổi của Trái Đất dao động từ 20 đến 400 triệu năm. Ông giả định rằng Trái Đất bắt đầu từ trạng thái hoàn toàn nóng chảy và cần thời gian để lớp ngoài cùng nguội xuống như hiện tại. Tuy nhiên, các tính toán của ông không tính đến nhiệt sinh ra từ sự phân rã phóng xạ và sự đối lưu bên trong Trái Đất, những quá trình này giúp nhiệt thoát ra từ lòng đất và làm nóng các lớp đá gần bề mặt.

Các nhà địa chất học như Charles Lyell phản đối giả định tuổi Trái Đất ngắn như vậy. Các nhà sinh học cho rằng 100 triệu năm vẫn chưa đủ để giải thích quá trình tiến hóa theo thuyết của Charles Darwin, trong đó sự biến đổi di truyền và chọn lọc tự nhiên cần thời gian dài để tích lũy. Sinh học hiện đại ước tính rằng toàn bộ quá trình tiến hóa từ khi sự sống bắt đầu cho đến nay mất khoảng 3,5 đến 3,8 tỷ năm.

Trong một bài giảng năm 1869, Thomas H. Huxley chỉ ra rằng các giả định của Thomson có thể sai. Hermann von Helmholtz (năm 1856) và Simon Newcomb (năm 1892) đã đưa ra các ước lượng tuổi Trái Đất là 22 và 18 triệu năm bằng cách tính toán thời gian cần để Mặt Trời co lại từ tinh vân khí và bụi đến kích thước và độ sáng hiện tại. Những ước lượng này phù hợp với tính toán của Thomson, mặc dù họ không biết về quá trình tổng hợp hạt nhân của Mặt Trời, một khái niệm chưa được khám phá vào thời điểm đó.

Các nhà khoa học khác cũng tham khảo số liệu của Thomson. George H. Darwin, con trai của Charles Darwin, giả thuyết rằng Trái Đất và Mặt Trăng được tách ra từ một trạng thái nóng chảy và tính toán thời gian cần cho ma sát thủy triều để Trái Đất quay với chu kỳ 24 giờ hiện tại. Ông ước lượng tuổi của Trái Đất là 56 triệu năm, bổ sung thêm bằng chứng cho sự chính xác trong các tính toán của Thomson.

Dự đoán cuối cùng của Thomson vào năm 1897 là: 'Trái Đất có tuổi lớn hơn 20 triệu năm nhưng nhỏ hơn 40 triệu năm, với khả năng gần hơn với giá trị 20 triệu năm hơn là 40 triệu.' Vào năm 1899 và 1900, John Joly đã ước lượng tốc độ tích tụ muối trong các đại dương từ quá trình xói mòn và xác định rằng tuổi của các đại dương khoảng 80 đến 100 triệu năm.

Xác định tuổi bằng đồng vị phóng xạ

Xác định tuổi bằng đồng vị phóng xạ là phương pháp tính tuổi tuyệt đối (tuổi tính theo năm thiên văn hiện tại) của các loại đá, dựa trên hiện tượng khi đá hóa rắn, nó giữ lại các đồng vị phóng xạ, trong khi sản phẩm phân rã không bị mất đi. Tỷ lệ các đồng vị sản phẩm phản ánh thời gian từ khi đá hóa rắn đến hiện tại. Tùy theo giá trị tuổi mong đợi, các đồng vị đặc trưng được chọn để đo và tính toán.

Để xác định tuổi Trái Đất, phương pháp định tuổi bằng đồng vị phóng xạ được áp dụng cho các đá cổ nhất của Trái Đất, đặc biệt là các thiên thạch chondrit. Chondrit được hình thành từ bụi và hạt nhỏ có từ thời kỳ đầu của hệ Mặt trời, tạo thành các tiểu hành tinh cổ xưa nhưng không ở trạng thái nóng chảy. Nó được coi là 'trầm tích vũ trụ', giữ lại thông tin về thời điểm hình thành hệ Mặt trời. Những va chạm đã đưa các mảnh của tiểu hành tinh chondritic đến Trái Đất, và khoảng 86% các thiên thạch thu được trên mặt đất là chondrite.

Nhà địa chất Clair Patterson là người đầu tiên xác định chính xác tuổi Trái Đất. Sau 6 năm nghiên cứu chăm chỉ, ông đã đo lường lượng chì và urani trong mẫu thiên thạch sắt và tính toán tuổi thực của Trái Đất. Kết quả của ông rất chính xác, xác định hành tinh chúng ta có tuổi khoảng 4,5 tỷ năm.

Hiện nay, phương pháp định tuổi bằng Pb/Pb cho chondrite ước tính tuổi của nó là 4566,6 ± 1,0 triệu năm, kết quả này phù hợp với các phương pháp định tuổi khác và được coi là tuổi tối đa của các hành tinh, vì các hành tinh cần nhiều thời gian hơn để hình thành.

Đọc thêm

• Baadsgaard, H.; Lerbekmo, J.F.; Wijbrans, J.R., 1993. Định tuổi đa phương pháp cho một lớp bentonite gần đỉnh của khu vực Baculites reesidei ở tây nam Saskatchewan (biên giới Campanian-Maastrichtian?). Canadian Journal of Earth Sciences, tập 30, trang 769–775.
• Baadsgaard, H. và Lerbekmo, J.F., 1988. Định tuổi bằng phương pháp K-Ar, Rb-Sr và U-Pb cho biên giới Cretaceous-Tertiary từ các lớp bentonite ở Alberta, Saskatchewan, và Montana. Canadian Journal of Earth Sciences, tập 25, trang 1088–1097.
• Eberth, D.A. và Braman, D., 1990. Địa tầng, địa chất học và cổ sinh vật học của Judith River Formation (Campanian) gần Muddy Lake, tây trung Saskatchewan. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, tập 38, số 4, trang 387–406.
• Goodwin, M.B. và Deino, A.L., 1989. Các giá trị định tuổi bằng phương pháp radiometric từ Judith River Formation (Upper Cretaceous), Hill County, Montana. Canadian Journal of Earth Sciences, tập 26, trang 1384–1391.
• Gradstein, F. M.; Agterberg, F.P.; Ogg, J.G.; Hardenbol, J.; van Veen, P.; Thierry, J. và Zehui Huang., 1995. Thang thời gian Triassic, Jurassic và Cretaceous. Trong: Bergren, W. A.; Kent, D.V.; Aubry, M-P. và Hardenbol, J. (biên tập), Geochronology, Time Scales, and Global Stratigraphic Correlation. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Special Publication số 54, trang 95–126.
• Harland, W.B., Cox, A.V.; Llewellyn, P.G.; Pickton, C.A.G.; Smith, A.G.; và Walters, R., 1982. A Geologic Time Scale: ấn bản năm 1982. Nhà xuất bản Đại học Cambridge: Cambridge, 131 trang.
• Harland, W.B.; Armstrong, R.L.; Cox, A.V.; Craig, L.E.; Smith, A.G.; Smith, D.G., 1990. A Geologic Time Scale, ấn bản 1989. Nhà xuất bản Đại học Cambridge: Cambridge, trang 1–263. ISBN 0-521-38765-5
• Harper, C.W., Jr., 1980. Relative age inference in paleontology. Lethaia, tập 13, trang 239–248.
• Lubenow, M.L., 1992. Bones of Contention: A Creationist Assessment of Human Fossils. Nhà xuất bản Baker Book House: Grand Rapids.
• Obradovich, J.D., 1993. Thang thời gian Cretaceous. Trong: Caldwell, W.G.E. và Kauffman, E.G. (biên tập). Evolution of the Western Interior Basin. Geological Association of Canada, Special Paper 39, trang 379–396.
• Palmer, Allison R. (biên tập), 1983. Thang thời gian địa chất Bắc Mỹ thập kỷ 1983. Geology, tập 11, trang 503–504. Ngày 12 tháng 9 năm 2004.
• Powell, James Lawrence, 2001, Mysteries of Terra Firma: the Age and Evolution of the Earth, Simon & Schuster, ISBN 0-684-87282-X

• Tuổi của vũ trụ
• Địa thời học
• Lịch sử Trái Đất
• Đá cổ nhất
• Định tuổi bằng đồng vị phóng xạ
• Tiền Cambri
• Lịch sử tự nhiên

Liên kết ngoài

• TalkOrigins.org
• Vectorsite.net – Bản gốc của bài viết này dựa trên một văn bản thuộc phạm vi công cộng của Greg Goebel
• Lời giới thiệu của USGS về Tuổi của Trái Đất
• Triển lãm của NASA về tuổi của các thiên thạch từ Sao Hỏa
• 'Định tuổi Trái Đất', chuỗi chương trình In Our Time của BBC Radio 4, 2003