Ouderdom van de Aarde

De ouderdom van de Aarde wordt door de geologie-wetenschappers geschat op 4,5 tot 4,6 miljard jaar (1 miljard jaar = 1.000.000.000 jaar).

Isotopisch onderzoek

Deze bepaling van de leeftijd berust op het onderzoek van de isotopische samenstelling van loodertsen uit het Archaïcum (een geologisch tijdperk), en op dateringen (metingen) van meteorieten, waarvan men aanneemt dat hun ouderdom overeenkomt met die van het zonnestelsel.

Even voor het idee; de leeftijd van een boom kun je bepalen aan de hand van jaarringen. Elke lichte ring (zomer) en een donkere ring (winter) is een jaar. Door de ringen van de boomstam bij een omgezaagde boom te tellen, weet je hoe oud de boom is geworden vanaf het moment dat de boom als plantje uit het zaad kwam. Maar wanneer de boom langer geleden is omgezaagd, hoe bepaal je dan hoe lang dat geleden was?

Bij stoffen (zoals) lood, koolstof (wat in hout zit) en Rubidium wordt er met een speciale Massaspectrometer gekeken naar de samenstelling van het atoom van die stof. Hierin heb je verschillende aantallen neutronen in de atoomkern. Die neutronen bepalen het atoomgewicht. Zo'n instabiel neutron vervalt tot een stabiel proton, een elektron en een elektron-antineutrino. De tijd waarin dat verval plaatsvind wordt de halfwaardetijd genoemd. De halfwaardetijd is de tijd die nodig is voor de helft van de atomen in een monster van een radioactieve isotoop om te vervallen. Bijvoorbeeld, de halfwaardetijd van koolstof-14 (14C) is ongeveer 5730 jaar. Van bijvoorbeeld lood (Pb)-isotopen als de isotopen 210Pb hebben een halfwaardetijd van 22,2 jaar, 212Pb heeft een halfwaardetijd van 10,6 uur en 214Pb heeft een halfwaardetijd van 26,4 minuten. Aan de hand van de verhoudingen van de verschillende isotopen die er in het monster aanwezig zijn, kan er een tijdsberekening worden gemaakt (zoveel van 210Pb, zoveel van 212 Pb en zoveel van 214 Pb). De halveringstijd van Rubidium is afhankelijk van de isotoop. Bijvoorbeeld Rubidium-87, een van de isotopen, heeft een halveringstijd van 49,2 miljard jaar.

Hoe ze het precies berekenen, gaat te ver om hier uit te leggen.

Door de verschillende aardlagen met hun verschillende materialen met elkaar te vergelijken, kan er een schatting worden gemaakt wat de onderlinge leeftijdsverschillen zijn van die aardlagen. Als er in de aardlagen ook resten van bijvoorbeeld dinosaurussen of planten worden gevonden, kan men dus berekenen hoe lang geleden die planten en dieren geleefd moeten hebben.

Ontstaan van de aarde

Ontwikkeling van een 'zonnestelsel' schijf in vier stappen. 1. een moleculaire nevel begint samen te trekken; 2. de samentrekking versnelt de rotatie (draaing): de wolk gaat steeds sneller roteren en raakt afgeplat tot een schijf; 3. uit lokale draaikolken en drukgolven ontstaan verdichtingen (samenklonteringen) - tegelijk ontbrandt in het middelpunt de geboorte van een proto-ster; 4. de verdichtingen groeien aan tot planeten en de sterrenwind blaast het overgebleven gas en stof weg.

De Aarde ontstond volgens de meest aanvaarde theorie door samenklontering (accretie) van de zonnenevel ofwel een 'wolk' van ontelbare molecuul-kleine deeltjes. Hoe lang geleden dat proces is begonnen en de tijd die nodig was om tot de planeet aarde te komen is moeilijk te bepalen. Er worden wel getallen genoemd in de bijbel en andere geestelijke boeken, maar dat is geen wetenschappelijke benadering. Vanaf halverwege de 18e eeuw kwam men aan de hand van fossielen in verschillende aardlagen tot de conclusie dat de Aarde tijdens haar bestaan – hoe lang dat dan ook mocht duren – aan verandering onderhevig moet zijn geweest. De soorten fossielen per aardlaag vormden een soort label of leeftijdsindicatie. Dus als in Amerika zo'n zelfde laag met fossielen werd aangetroffen als in Europa, dan moesten beide lagen ongeveer even oud zijn. Dit principe wordt tegenwoordig biostratigrafie genoemd. Later kon men hierdoor ook het uiteen drijven van de continenten bewijzen (continentale drift).

Lord Kelvin (William Thomson) berekende in 1862 dat de aarde tussen de 20 miljoen en 400 miljoen jaar oud moest zijn. De tijd die de aarde als gloeiende massa nodig zou hebben gehad om af te koelen. Anderen zoals Charles Darwin vonden dat zelfs nog te kort. Aan de hand van zijn evolutietheorie had hij schattingen gemaakt van de tijd die nodig was om verandering van soorten en natuurlijke selectie te laten plaatsvinden.

Wetenschappers als Thomas Huxley zorgde voor een overleg tussen andere wetennschappers die keken naar de vorming van de zon en de hoeveelheid tijd die nodig moest zijn voor de Zon om vanuit een gasnevel tot zijn huidige diameter te accretiseren. Gezamenlijk kwamen ze op 100 miljoen jaar uit.

Na de ontdekking van radioactiviteit door Henri Becquerel in 1896 werd na verloop van tijd ook duidelijk dat er zoiets als radioactief verval bestond. In 1903 maakten Pierre Curie en zijn collega Albert Laborde bekend dat radium door radioactief verval genoeg warmte produceert om zijn eigen gewicht in ijs te smelten in minder dan een uur. Dit was aanleiding om de leeftijd van de aarde te herzien. De Engelsman Robert Strutt vond sporen van radium in veel gesteenten en concludeerde dat de Aarde meer dan genoeg radioactief materiaal bevat om zichzelf gedurende zeer lange tijd warm te houden. Dat gooide de berekeningen van het afkoelen dus behoorlijk in de war.

Ernest Rutherford en Frederick Soddy hadden ondertussen het onderzoek naar radioactiviteit voortgezet. Zij ontdekten de kernreacties in materialen en kwamen uiteindelijk bij het bepalen van de halveringstijd. Ook de Amerikaanse scheikundige Bertram Boltwood had hier een groot aandeel in. Na verloop van tijd werden de metingen en bepalingen steeds verfijnder, want de meetfouten waren in het begin nog erg groot en de gebruikte waarde voor de halveringstijd van radium was slechts een vage schatting. In 1913 werden de isotopen ontdekt. Dit gaf weer nieuwe inzichten. Het was Arthur Holmes die de radiometrische datering wist uit te werken tot een bruikbaar iets. Aan de hand daarvan kon een geologische tijdschaal van de aarde worden vastgesteld.