Koliko je stara Zemlja?

U petnaestom i šesnaestom veku znanje o Zemlji je počelo naglo da se umnožava. Mornari su oplovili svet, otkrili nove kontinente, nove narode i rase ljudi, neobične životinje i biljke. Ispostavilo se da je Zemlja mnogo živopisnija nego što je to do tada iko pretpostavljao.

I sve je to lepo, samo, što je znanje o Zemlji bilo veće to je više nedostajao odgovor na pitanje koliko je ona stara. Traganje za tim odgovorom trajalo je nekoliko vekova i kako je vreme prolazilo tako je pitanje starosti Zemlje sve više iritiralo naučnike, jer ni jedan od ponuđenih odgovora nije bio dovoljno pouzdan i ubedljiv. A odgovora je bilo.

Traganje za odgovorom

Sredinom 16. veka, proučavajući rodoslovlja ličnosti pomenutih u Starom zavetu, irski nadbiskup Džejms Ašer (Usser, ili Ušer /Usher/, zavisno od izvora u koji koristite) koji je živeo od 1581 - do 1656 izneo je zapanjujuće precizni podatka o datumu nastanka Zemlje. U svojoj knjizi Anali Starog zaveta Ašer je napisao da je Zemlja stvorena u subotu, 22. oktobra 4004. pre nove ere, negde oko šest sati po podne!
----------------------
Za one koji se naglašeno zanimaju za ovu temu treba reći da su stvari oko ranih procena starosti Zemlje znatno bogatije i komplikovanije od rečenog. Svaki veći narod u istoriji je imao svoju procenu starosti Zemlje, a neki i po više njih. A u vezi Ašerove procene postoje neke nesuglasice jer se ponegde, recimo u Biblijskim legendama Zenona Kosidovskog, navodi da je ovaj precizan račun zapravo Lajtfutov (John Lightfoot). Ponegde se navodi da je svet nastao tog datuma, ali u podne, ili u 21 sat.)
----------------------
Ali, ovaj odgovor je bio koliko precizan, toliko i pogrešan, kako ćemo videti. I svakako nije mogao da zadovoljni naučnu logiku, pa se danas u tekstovima o nastanku Zemlje navodi kao kuriozitet. Ali da nastavimo.

Edmund Halej (Edmond Halley, 1656 - 1742) astronom, geofizičar, direktor opservatorije u Griniču, kraljevski astronom i tako dalje, tvorac prvog kataloga zvezda južnog neba, prve meteorološke karte, ronilačkog zvona i još koječega, danas je poznat pre svega po tome što je prvi shvatio da se kometa iz 1682, periodično pojavljuje na našem nebu u razmaku od 76 godina. Njegov proračun je govorio da će se kometa sledeći put pojaviti 1757. Na žalost Halej nije uspeo da doživi njen povratak i slavu koja se nakon toga o njemu pronela svetom. Ali kometa je dobila njegovo ime.

Za samu nauku je možda još važnija Halejeva uloga u objavljivanju Njutnove knjige Matematički principi i filozofija prirode jer je Njutn tu slavnu knjigu, jednu od najdragocenijih u istoriji čovečanstva, napisao baš na uporno nagovaranje Haleja. Šta više, Halej je finansirao njeno štampanje.

Nego, vratimo se Zemlji. Halej je imao zanimljivu ideju da se starost Zemlje izračuna preko saliniteta okeana. Okeani preko pritoka konstantno primaju so i dok voda isparava so ostaje u okeanima koji tako postaju sve slaniji. Ako bi ste podelili ukupnu količinu soli u okeanima sa godišnjim prilivom soli dobili biste broj godina postojanja okeana, a time biste makar ugrubo mogli da izvedete i zaključak o starosti planete. Bilo je u tome logike samo što niko nije znao koliko soli postoji u okeanima, a ni koliko se svake godine soli doda. Ipak neki geolozi su pravili grube procene i izveli zaključak da je Zemlja stara između 80 i 150 miliona godina.

Bilo je i drugih metoda i drugih procena. Čarls Darvin (CharlesDarwin, 1809 - 1882), pisac najčuvenije knjige iz biologije, Poreklo vrsta, tvorac teorije evolucije živih organizama i uopšte veliki naučnik, zapravo jedan od najvećih u čitavoj istoriji, izračunao je da su geološki procesi jedne oblasti Engleske koju je izučavao trajali čak 300 miliona godina - koliko mora da je najmanje i Zemlja stara. Bio je to zaista velik broj godina. Za mnoge suviše velik da bi bio tačan.

Herman fon Helmholc (Hermann von Helmholtz, 1821 - 1894), nemački fizičar i fiziolog, bio je najsvestraniji naučnik svoga doba. Njegovi radovi su obuhvatali prirodne nauke, filozofiju i umetnost. Ta svestranost mu je omogućavala da problemu pristupi iz različitih uglova. Od mladosti bio je zainteresovan za fiziku, ali kad je sazreo za studije otac ga je upisao na medicinu. Nakon studija jedno vreme je radio kao vojni hirurg, da bi potom postao profesor fiziologije, a zatim i fizike. Otkrio je zakon očuvanja energije, izumeo oftalmoskop, razvio teoriju o prirodi harmonije i muzičkog zvuka. Inače bio je dobar muzičar. Njegovi slavni učenici bili su Herc, Majklson, Bolcman... Pupin.

Sem svega toga Helmholc je izračunao da je Suncu trebalo 22 miliona godina da se kondenzuje do sadašnjeg prečnika i temperature iz difuznog oblaka od koga je nastalo. To je bilo od neke pomoći i za izračunavanje starosti Zemlje. Međutim, pogrešno, kako ćemo videti.

Problemom starosti Zemlje bavio se i Helmhocov prijatelj Vilijem Tomson (William Thomson, 1st Baron Kelvin,1824 -1907), danas mnogo poznatiji kao baron Kelvin. Vilijem je bio rođeni naučnik. Sa deset godina je počeo da studira prirodne nauke, diplomirao je u 21. godini da bi ubrzo postao profesor fizike što mu je bilo zanimanje sledeće 53 godine. Upravljao postupkom polaganja prvog uspešnog transatlantskog telegrafskog kabla, patentirao je više izuma, objavio 661 rad, postao prvi naučnik koji se obogatio baveći se naukom i 1892. dobio plemićku titulu kojoj je dao ime po rečici Kelvin. Apsolutna temperaturna skala koju je predložio danas je poznato pod njegovim imenom, Kelvin.

Što se starosti Zemlje tiče, Kelvin je pošao od toga da je Zemlja jednom bila istopljena kugla stena sa istom temperaturom kao i Sunce. I od tada se hladila. E da bi se ohladila na današnju temperaturu bilo joj je, po Kelvinovoj proceni potrebno između 20 i 400 miliona godina. Kasnije je više puta popravljao taj broj, smanjujući ga dok nije došao do 24 miliona godina.

Njemu, kao ni ostalim naučnicima tog i ranijih doba, nije bila poznata prava priroda Sunca. Računao je da se Sunce od svog nastanka nije dodatno zagrevalo, već se samo hladilo. A to je bila greška.

Džordž Darvin (George Darwin, 1845 - 1912), sin «onog» Darvina, advokat, matematičar i cenjeni astronom svog doba, bavio se, između ostalog i problemom nastanka Meseca. Po njegovoj teoriji u ranom stadijumu Zemlje, usled njene brze rotacije, od nje se odvojio pozamašan komad od koga je zatim nastao Mesec. Mesecu je bilo, po njegovom računu, potrebno bar 56 miliona godina da bi dospeo na današnju orbitu, što je podatak koji govori i o približnoj starosti Zemlje. Danas se inače smatra da je Mesec nastao nakon udara velikog tela u Zemlju što je izazvalo rasipanje ogromnih količina materijala u orbitu oko planete, te kasnije i do formiranja Meseca.

I tako dalje, naučnici su se baš mučili ovim pitanjem. Uglavnom u 19. veku starost Zemlje merila se desetinama, najviše stotinama miliona godina. Problem je bio što je u to vreme bilo otkriveno dosta, zapravo ogromna količina fosila davno izumrlih životinja koje nikako nisu mogle postojati i nestati zajedno u tako kratkom periodu kao što je nekoliko stotina miliona godina. To je zbilja bilo zbunjujuće za nauku. Imali ste život koji je trajao duže od same Zemlje, što je nemoguće. S druge strane naučnici nisu mogli da vide kako bi Zemlja i Sunce mogli da budu stariji od nekoliko desetina miliona godina.

E sad, tu dolazimo do Henri Bekerela (Henri Becquerel, 1852 - 1908), jednog iz slavne porodice koja je u istoriju nauke ubeležila četiri generacije naučnika zaredom. Slučajno je otkrio radioaktivnost kada je shvatio da je fosforescentni mineral kalijum uranil sulfat ostavio trag na fotografskoj ploči iako je ona bila dobro obmotana crnim, neprozirnim papirom. Posle nekoliko eksperimenata shvatio je da mineral ispušta neke nevidljive zrake. To je bilo značajno otkriće, toliko da je 1903. dobio Nobelovu nagradu (zajedno sa Pjerom i Marijom Kiri) zbog, kako je bilo navedeno,  «izvanrednih zasluga koje je napravio otkrićem radioaktivnosti».

Radioaktivnost je spontani proces u kome se neko atomsko jezgro, ispuštajući jednu ili više čestica, pretvara u drugo, novo i različito od matičnog jezgra. Za nas je u ovom trenutku važno to što se u ovom procesu oslobađa energija! Upravo ta energija zagreva Sunce i produžava mu život daleko preko granice koju su izračunali Kelvin i drugi naučnici 19-og veka. Jer, Sunce ne sagoreva svoje gorivo na uobičajen način. U njemu usled visokog pritiska i visoke temperature atomi vodonika postaju atomi helijuma usput ispuštajući energiju. To je dugotrajan proces, mnogo duži od sagorevanja cepanice u peći.

E sad, u priču o starosti Zemlje na ovom mestu ulazi Ernest Raderford (Ernest Rutherford, 1871 -1937), veseli i na simpatičan način pomalo neotesani naučnik sa Novog Zelanda. Ernestovi roditelji su, još pre njegovog rođenja, emigrirali iz Škotske na Navi Zeland gde su se posvetili zemljoradnji. Ali kad je odrastao Ernest je umesto farme izabrao nauku i, da skratimo priču, njegova karijera naučnika je bila vrtoglava. Postao je profesor i predavao u Kembridžu, zatim u Montrealu, pa u Mančesteru, potom je bio direktor čuvene Kevendišove laboratorije, zatim je postao član, pa onda i predsednik Kraljevskog društva itd. a 1908. je dobio Nobelovu nagradu za hemiju. Iako dobar teoretičar, bio je pre svega odličan eksperimentalac. Imao je osoben stav prema eksperimentima: tvrdio je da oni bolje uspevaju ako ih psuje.

Raderford se, između ostalog, bavio i problemom radioaktivnog raspada. Nas ovog trenutka iz tog njegovog opusa interesuje samo jedan detalj. Sa svojim kolegom Frederikom Sodijem Raderford je otkrio i u nauku uveo pojam «vreme poluraspada». 

Vreme poluraspada je ono vreme za koje se raspadne polovina početnog broja jezgara atoma nekog radioaktivnog elementa. To je jako interesantno: ne možemo znati kada će se raspasti jedan, konkretan atom, jer je to sasvim slučajan proces. Ali znamo kada će se raspasti polovina od ukupnog broja atoma nekog radioaktivnog elementa. To je prosto stvar statistike.

 Račun

Pokazaće se da je vreme poluraspada zgodan časovnik za ogromne vremenske periode. Ukoliko znate koliki se procenat atoma nekog elementa u uzorku već raspao, možete izračunati koliko je vremena proteklo od nastanka tog uzorka. Recimo, imate grumen stene u kojoj se nalazi mineral sa radioaktivnim elementom čije vreme poluraspada iznosi godinu dana. Za godinu dana iščileće tačno polovina radioaktivnih atoma (tj. pretvoriće se u drugu vrstu atoma). Od preostale polovine za godinu dana će se raspasti opet polovina (tj. 25% od početne količine) i tako dalje. Kada utvrdite koliko procenata od ukupnog broja atoma se raspalo možete izračunati kada je raspad uopšte počeo, tj. koliko je stena stara.

Razume se ovo je krajnje, krajnje pojednostavljen prikaz merenja starosti stene pomoću vremena poluraspada. U stvarnosti sve je to mnogo komplikovanije i opisuju se u debelim knjigama jer u ovom računu postoje mnoge stranputice koje vas vode direktno u pogrešan zaključak. Pre svega u prirodi se ne nalaze školski primeri stena u kojima postoji zgodan broj nestabilnih atoma. Sem toga treba znati da se jedan radioaktivni elemenata raspada u drugi, koji se zatim raspada u treći, ovaj u četvrti itd. što sve to treba lepo izmeriti i izračunati. Koliki procenat jednog, matičnog elementa se raspao, zaključujete po tome koliko postoji njegovih ćerki, tj. novih elemenata. Sve to čini izračunavanje starosti stena složenim i komplikovanim.

Doduše, to je tako izgleda nama, smrtnicima. Ima onih koji smatraju da matematika kojom se dolazi do pouzdanog rezultata o starosti neke stene nije uopšte teška i da je može svako shvatiti. To su fizičari, a jedan od njih, profesor Mrđa, mi je i poslao jedan zadatak na tu temu. Zadatak treba da ilustruje koliko je sve to lako.  Evo zadatka:

Da biste proverili da li ste sve dobro izračunali evo REŠENJA

(Čitalac koji se zainteresovao za ovu temu /što se inače zove radiometrijska metoda datiranja/ može naći mnogo precizniji i detaljniji njen opis ovde.)

Podaci o starosti stena na osnovu vremena poluraspada izazvali su, kako se moglo i očekivati, veliku nevericu i odlučno odbijanje mnogih autoriteta nauke da je prihvate. U literaturi se može naći podatak da je Raderford utvrdio starost jedne stene na čak 700 miliona godina o čemu je izvestio svoje kolege na stručnom predavanju. Priča se da je Lord Kelvin sa velikim zanimanjem i uvažavanjem saslušao to predavanje, ali da ipak, do kraja života, nije promenio svoje mišljenje da je svet star 24 miliona godina.

Ali usledila su nova merenja u kojima se metoda računanja starosti pomoću raspada atoma svaki put potvrđivala i tako postajala sve pouzdanija, a geolozi su stalno pronalazili sve starije stene, one čija starost je procenjena na 1,3 milijardi godina, pa na 2,5, zatim na 3,8 milijardi.

Nije lako pronaći jako staru stenu na Zemlji jer se površina naše planete menja, topi, melje usled erozije i naročito usled pomeranja tektonskih ploča. U tom procesu, pomeranju tektonskih ploča, Zemljina kora jedne ploče se podvlači pod drugu gde se topi i kasnije, putem vulkanskih erupcija i kroz pukotina na okeanskom dnu izbacuje na površinu kao sasvim nova kora. Zato je Zemljina kora mlada. Ipak neke vrlo stare stene su pronađene u Kanadi, Australiji, Africi. Jedna, nađena u Kanadi 1999. stara je čak 4 milijarde godina. Druga, još starija pronađena je u zapadnoj Australiji. U stvari radilo se o jednom vrlo starom kristalu cirkona.

Cirkon je mineral, široko rasprostranjen u Zemljinoj kori, a nalazi se u magmatskim i u sedimentnim stenama. U sebi obavezno sadrži uranijum i torijum u količini od 0,1 do 1%. Uranijum i torijum imaju različito vreme poluraspada što omogućava dobro očitavanje starosti cirkona.

Najstariji cirkon, nađen u zapadnoj Australiji, nastao je pre 4,404 milijardi godina. To znači da je Zemlja stara najmanje isto toliko. Zapravo više, jer geološki procesi koji su doveli do stvaranja uzorka takođe traju neko vreme pa Zemlja mora da je i starija od toga.

E sad, možda će neko pomisliti da je podatak o starosti naše planete dobijen merenjem raspada atoma u nekom kamenu nepouzdan. Pa, i bio bi takav da se zasniva samo na jednom merenju raspada atoma u jednoj steni. Ali od Raderforda do danas izvršeno je bezbroj merenja raznog materijala, raznim povodima, iz raznih razloga, a čitav postupak je do detalja teorijski objašnjen. Jednostavno rečeno, svi računi i sva teorija se savršeno poklapaju.

Ali ni to nije sve. Ceo Sunčev sistem je nastao u kovitlanju solarnog oblaka. Od čestica prašine i gasova tog oblaka nastali su Sunce, bezbroj stena i kamenja, a od  njih planete. Povremeno nešto od preostalog kamenja padne na Zemlju. Mnogo njih je pronađeno i ispitano. Većina ih je staro između 4,53 i 4,58 milijardi godina. To kamenje potiče uglavnom od raspadnutih asteroida, a asteroidi su najpouzdaniji svedoci iskonskih vremena, jer se nisu menjali od svog nastanka i u sebi nose zapise najstarijih vremena Sunčevog sistema. A sva tela Sunčevog sistema su nastala približno u isto vreme. Zato je starost asteroida istovremeno i približna starost Zemlje.

Pa i starost Meseca govori isto. Uzorci koje su astronauti doneli sa Meseca stari su od 4,1 do 4,5 milijardi godina.

Na kraju zaključak: naša planeta je nešto starija od najstarije nađene stene na Zemlji, ali mlađa od najstarijih asteroida, jer joj je bilo potrebno vreme da i sama nastane. Koliko vremena? Ne zna se tačno, možda svega nekoliko miliona godina, možda nekoliko stotina miliona. Tačan datum nastanka Zemlje ne može se znati, ali danas najpouzdanija procena kaže (ako ovo niste znali, sedite da u miru pročitate važan podatak):

Zemlja je stara 4 milijarde i 540 miliona godina sa mogućom greškom od jedan posto.

IZVORI: Svi podaci su iz Wikipedije, zatim iz Universe Today, "Kratke istorije bezmalo svačega" Bila Brajsona i kembričkog rečnika "Naučnici"