Чтобы выяснить возраст нашей планеты, ученые смотрят на Луну.
Сколько лет Земле? Это может показаться простым вопросом для ответа. Типичная приблизительная оценка состоит в том, что возраст нашей планеты составляет около 4,5 миллиардов лет. Но чем пристальнее изучают планетологи, тем более запутанной становится эта история. Нюансы того, как сформировалась наша планета, могут сдвинуть возраст Земли
“О возрасте легко говорить, но при увеличении масштаба он становится все более и более сложным”, - говорит профессор геологии Томас Лапен, возглавляющий кафедру наук о Земле и атмосфере Хьюстонского университета. Поскольку ученые стремились определить более точные измерения возраста Земли, им пришлось столкнуться с особенностями того, как возникла наша планета.
“Когда вы рождаетесь, это мгновение во времени”, - объясняет Лапен. Но формирование планет - это процесс, который занимает миллионы лет. Чтобы определить возраст Земли, астрофизики, планетологи и геологи должны определить, какую точку в этом процессе можно считать рождением Земли.
Когда “родилась” Земля?
Около 4,6 миллиарда лет назад газ и пыль вращались по орбите вокруг новообразованного солнца. В течение первых миллионов лет существования Солнечной системы частицы сталкивались и сливались в астероиды и семена планет. Эти космические камни продолжали сталкиваться друг с другом, некоторые становились все больше и больше, формируя солнечную систему такой, какой мы видим ее сегодня.
Но планеты - это не просто большие груды камней. По мере накопления материала эти небесные тела также дифференцируются на слои ядра, мантии и коры (по крайней мере, в случае Земли и других планет земной группы). Аккреция и дифференциация требуют времени, вероятно, порядка десятков миллионов лет. Кто-то может считать момент на этой стадии формирования Земли рождением нашей планеты. Но Лапен говорит, что он думает об этом как о зачатии Земли, а рождение произошло позже, когда катастрофическое событие также сформировало Луну.
[По теме: 29 июня был самый короткий день на Земле с момента изобретения атомных часов]
Согласно широко принятой теории гигантского удара, во время хаоса первых дней нашей солнечной системы Протоземля столкнулась с другим небольшим телом размером с Марс. Когда они столкнулись друг с другом, обломки слились в Луну на орбите вокруг Земли.
Считается, что это воздействие также по существу “перезагрузило” материалы, из которых состояла планета, говорит Лапен. В то время толстый слой магмы, возможно, покрывал Протоземлю. После мощного столкновения материал обоих тел смешался вместе и слился в планету и лунную систему, которые мы знаем сегодня. Доказательства такой “перезагрузки” поступают как из земных, так и из лунных пород, которые содержат идентичные формы кислорода, объясняет Лапен.
“Proto-Earth was, in all likelihood, destroyed or changed in composition,” Lapen says. “In my mind, the Earth wasn’t the Earth as we know it until the moon-forming event.”
If this event marked our planet’s birth, that would make Earth somewhere between 4.4 billion and 4.52 billion years old. But determining a more specific age for our planet requires sifting through ancient evidence.
Assigning a number to our planet’s age
Подобно детективам, ищущим улики давнего преступления, ученые-планетологи должны смотреть на доказательства, которые остаются сегодня, когда они собирают воедино раннюю историю нашей планеты. Но при всей суматохе, царившей в этой главе, — бурлящем океане магмы и интенсивном геологическом круговороте — найти доказательства бывает трудно.
Лапен объясняет, что одним из способов определить возраст Земли является поиск древнейших пород на планете, которые образовались сразу после того, как океан магмы затвердел, превратившись в твердую поверхность. Для определения этой даты ученые обращаются к цирконам, обнаруженным в Джек—Хиллз в Западной Австралии, - древнейшим из известных минералов.
To determine the age of these crystals, a team of scientists used a technique called radiometric dating, which measures the uranium they contain. Because this radioactive element decays into lead at a known rate, scientists can calculate a mineral’s age based on the ratio of uranium to lead in the sample. This method revealed the zircons are approximately 4.4 billion years old.
“Протоземля была, по всей вероятности, уничтожена или изменена по составу”, - говорит Лапен. “На мой взгляд, Земля не была той Землей, какой мы ее знаем, до события формирования Луны”.
Подобно детективам, ищущим улики давнего преступления, ученые-планетологи должны смотреть на доказательства, которые остаются сегодня, когда собирают воедино раннюю историю нашей планеты. Но со всеми потрясениями во время этой главы — бурлящим океаном магмы и интенсивным геологическим оборотом — доказательство может быть трудно найти. Но определение более конкретного возраста нашей планеты требует изучения древних свидетельств.
Присвоение числа возрасту нашей планеты
Как и Протоземля, молодая луна также была покрыта океаном магмы. Самые старые породы, взятые с поверхности Луны, могут указывать на то, когда образовалась лунная кора. Ученые провели радиометрическое датирование фрагментов циркона, собранных во время миссии "Аполлон-14", скорректировав расчеты с учетом воздействия космических лучей, и определили, что лунная кора затвердела примерно 4,51 миллиарда лет назад.
По словам Лапена, между столкновением и слипанием, охлаждением и дифференциацией тел должен был пройти определенный промежуток времени, так что эта дата тоже имеет окно неопределенности - около 50 миллионов лет.
“Датировать точное событие очень сложно”, - говорит он. По оценкам Лапена, система Земля-Луна, вероятно, сформировалась между 4,51 и 4,52 миллиарда лет назад, но некоторые ученые говорят, что расчеты могут быть на целых 50 миллионов лет вперед.
Another way to constrain that window of time is to look at rocks that existed when the proto-Earth was forming. When the planets solidified from the debris around the young sun, not all of the material coalesced into the worlds and their moons we see today. Some remained preserved in asteroids or comets.
Иногда эти капсулы времени солнечной системы попадают к нам в виде метеоритов, которые падают на поверхность нашей планеты. По словам Лапена, самым старым известным таким космическим камнем является метеорит Erg Chech 002. Считается, что это фрагмент магматической коры примитивной протопланеты из ранней солнечной системы. Таким образом, датировка метеорита Erg Chech 002 дает представление о времени, когда Протоземля, вероятно, находилась на аналогичной стадии своего зачатия.
“Если‘рождение Земли” определяется как время образования первого протоземного ядра или протопланеты, которое в конечном итоге выросло в результате аккреции и сформировало современную Землю, - говорит Лапен, - то, возможно, это было так же давно, как возраст [Erg Chech 002]”. Ученые подсчитали, что этот кусок магматической коры кристаллизовался примерно 4,565 миллиарда лет назад.
Можно ли уточнить возраст Земли?
В человеческих временных масштабах неопределенность в 50 миллионов лет вокруг того, когда сформировалась система Земля-Луна, звучит обширно и неточно. Но в планетарных масштабах времени, особенно миллиарды лет назад, “это хорошая оценка”, - говорит Лапен.
“Чем дальше в прошлое мы смотрим, тем чаще становятся менее точными данные из-за пробелов в летописи. Это относительно короткий промежуток времени, когда происходило много всего — был удар, все должно было объединиться, остыть и дифференцироваться в прочные скалистые тела, у которых есть ядро, мантия и кора ”, - говорит он.
Однако ученые еще не закончили. По словам Лапена, всегда есть возможность получить более точные и точные измерения возраста Земли, особенно по мере того, как исследователи получают дополнительные образцы с Луны, метеоритов и астероидов.
Например, камни, добытые китайской миссией "Чанъэ-5" на Луну, все еще изучаются. Программа НАСА "Артемида" также планирует собирать лунные камни. И кураторская группа НАСА также предоставляет больше материалов для изучения в рамках программы "Аполлон", которая дает исследователям возможность изучать старые лунные породы с помощью новых технологий, добавляет Лапен.
По его словам, если эти новые исследования выявят лунные образцы с участков поверхности Луны, которые кристаллизовались раньше, чем изучалось ранее, это может еще больше ограничить оценки времени рождения Земли и Луны.
