อายุของโลกคำนวณอย่างไร?

ภาพรายละเอียดของโลกที่รวบรวมจากภาพหลายภาพซึ่งถ่ายด้วยดาวเทียม Suomi NPP ภาพ: NASA/JPL

โลกมีอายุประมาณ 4,540 ล้านปี ในช่วงเวลานี้ โลกได้เห็นทวีปต่างๆ ก่อตัวและหายไป แผ่นน้ำแข็งขยายตัวและหดตัว และชีวิตวิวัฒนาการจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวไปเป็นวาฬสีน้ำเงินขนาดยักษ์ แล้วนักวิทยาศาสตร์รู้อายุของโลกได้อย่างไร?

Becky Flowers นักธรณีวิทยาจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์ กล่าวว่า “เมื่อคุณเป็นนักวิทยาศาสตร์ด้านโลกและมองดูหิน มันไม่ได้เป็นเพียงหินเท่านั้น แต่หินนั้นมีเรื่องราวบางอย่างที่คุณสามารถพยายามไขความกระจ่างได้”

เมื่อก่อตัวจากแมกมาหรือลาวา แร่ธาตุมักมีร่องรอยของวัสดุที่เป็นกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียม เมื่อเวลาผ่านไป ธาตุที่เป็นกัมมันตภาพรังสีเหล่านั้นจะสลายตัวและปล่อยรังสีออกมา และในที่สุดก็จะกลายเป็นธาตุใหม่ที่เสถียรกว่าซึ่งติดอยู่ในแร่ธาตุ

ลองนำยูเรเนียมกัมมันตรังสี-238 ซึ่งเป็นยูเรเนียมรูปแบบทั่วไปมาเป็นตัวอย่าง อะตอมของมันจะปล่อยพลังงานออกมาจนกลายเป็นตะกั่ว กระบวนการนี้เกิดขึ้นในอัตราคงที่ที่เรียกว่าครึ่งชีวิต ซึ่งสอดคล้องกับเวลาที่อะตอมครึ่งหนึ่งใช้ในการสลายตัว

ครึ่งชีวิตของยูเรเนียม-238 อยู่ที่มากกว่า 4 พันล้านปี ซึ่งหมายความว่าต้องใช้เวลามากกว่า 4 พันล้านปีเพื่อให้ยูเรเนียม-238 ครึ่งหนึ่งในตัวอย่างกลายเป็นตะกั่ว สิ่งนี้ทำให้ยูเรเนียม-238 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการระบุอายุของวัตถุโบราณอย่างยิ่ง

นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณอายุของหินโดยใช้ครึ่งชีวิตโดยอาศัยอัตราส่วนของธาตุ “แม่” กัมมันตภาพรังสีต่อธาตุ “ลูก” ที่เสถียร วิธีการนี้เรียกว่า การหาอายุด้วยไอโซโทปรังสี

แร่ซิรคอนมักถูกนำมาใช้ในการหาอายุโดยวิธีเรดิโอเมตริก เพราะมียูเรเนียมอยู่เป็นจำนวนมาก ฟลาวเวอร์สกล่าว การใช้ยูเรเนียม-ตะกั่วเป็นเพียงวิธีหนึ่งของการหาอายุด้วยไอโซโทปรังสี บางรายก็ใช้ธาตุอื่น เช่น การหาอายุโดยวิธีไอโซโทปคาร์บอน นี่เป็นวิธีหนึ่งที่พบได้บ่อยที่สุด โดยใช้คาร์บอนไอโซโทปกัมมันตรังสีที่มีอายุครึ่งชีวิตนับพันปี และมีประโยชน์มากในการหาอายุของสารอินทรีย์

ด้วยวิธีการเหล่านี้ นักธรณีวิทยาจึงค้นพบแร่ธาตุบนโลกที่มีอายุถึง 4,400 ล้านปี ซึ่งหมายความว่าดาวเคราะห์สีน้ำเงินนี้คงอยู่มาอย่างน้อยยาวนานเพียงเท่านี้เอง แต่ทำไมพวกเขาถึงคิดว่าโลกมีอายุมากกว่า 4,500 ล้านปี มากกว่า 100 ล้านปีล่ะ?

โลกมีการเปลี่ยนแปลงไปมากในช่วงเวลาหลายพันล้านปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งทำให้เปลือกโลกเคลื่อนตัว แผ่นดินใหม่เกิดขึ้นจากแมกมา และแผ่นดินเก่าถูกดึงกลับลงสู่พื้นดิน ส่งผลให้นักวิทยาศาสตร์ประสบความยากลำบากมากในการค้นหาหินจากยุคเริ่มแรกของดาวเคราะห์สีน้ำเงิน พวกมันถูกกัดกร่อนหรือหลอมละลายจนกลายเป็นวัตถุดิบไปนานแล้ว

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้การหาอายุด้วยคาร์บอนกัมมันตรังสีเพื่อหาอายุของหินจากที่อื่นในระบบสุริยะได้ อุกกาบาตบางก้อนมีวัสดุที่มีอายุมากกว่า 4,560 ล้านปี และหินจากดวงจันทร์และดาวอังคารก็มีอายุย้อนกลับไปประมาณ 4,500 ล้านปีเช่นกัน

อายุเหล่านี้ค่อนข้างใกล้เคียงกับช่วงเวลาที่ผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่าระบบสุริยะเริ่มก่อตัวจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นที่ล้อมรอบดวงอาทิตย์ที่เพิ่งเกิดใหม่ จากอายุสัมพันธ์เหล่านี้ พวกเขาสามารถรวบรวมไทม์ไลน์การก่อตัวของโลก ดวงจันทร์ ดาวอังคาร และวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ ในบริเวณใกล้เคียงได้

การเปลี่ยนผ่านจากกลุ่มฝุ่นดึกดำบรรพ์สู่โลกไม่ได้เกิดขึ้นทันที แต่ต้องใช้เวลาหลายล้านปี ตามที่ Rebecca Fischer นักวิทยาศาสตร์ด้านโลกและดาวเคราะห์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว นั่นหมายความว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับอายุของโลกไม่ได้ระบุปีที่เจาะจง แต่เป็นช่วงเวลาที่ดาวเคราะห์สีน้ำเงินเริ่มก่อตัว

ที่มา VNE

ลิงค์ที่มา