Trái Đất đã được bao nhiêu tuổi rồi ?
Các nhà khoa học cho rằng, Trái Đất của chúng ta đã được 4,54 tỷ năm tuổi, và thật trùng hợp, đây cũng là độ tuổi của hầu hết những thiên thể còn lại trong hệ Mặt Trời và cũng là tuổi của Mặt Trời. Tuy nhiên, đây không phải là một sự trùng hợp ngẫu nhiên, Mặt Trời cùng các hành tinh được hình thành cùng với nhau từ một đám mây hydro lớn hàng tỷ năm trước đây.
Trong những ngày đầu tiên của hệ Mặt Trời, tất cả những thiên thể ngày nay đều nằm trong tinh vân Mặt Trời - là tàn tích còn sót lại từ sự hình thành Mặt Trời. Các hạt bụi, đất đá nhỏ kết hợp lại với nhau và ngày càng to lớn hơn thành đá cuội, đá tảng rồi trở thành những tiểu hành tinh, thiên thạch đi lang thang trong hệ Mặt Trời, chúng va chạm với nhau để cùng nhau hợp thành một thiên thể lớn hơn và cuối cùng là to như Trái Đất ngày nay.
Vào buổi bình minh của Trái Đất, có một hành tinh kích cỡ bằng với Sao Hỏa đã va chạm vào hành tinh của chúng ta. Kết quả là đất đá từ Trái Đất văng vào không gian để trở thành Mặt Trăng của Trái Đất.
Làm thế nào mà các nhà khoa học biết rằng tuổi thọ của Trái Đất là 4,54 tỷ năm tuổi ? Trái Đất chúng ta có hiện tượng kiến tạo mảng, hiện tượng này làm thay đổi hình dạng của mặt đất liên tục. Phần ngoài cùng của Trái Đất gồm thạch quyển nằm bên trên và quyển mềm nằm bên dưới, thạch quyển vỡ ra thành mảng kiến tạo và chúng trượt lên trên quyển mềm. Những hòn đá lâu đời nhất từng được tìm thấy có tuổi đời lên đến 4,2 tỷ năm.
Các nhà khoa học cho rằng hầu hết tất cả những vật chất khác trong hệ Mặt Trời được hình thành cùng một lúc với nhau. Người ta có thể đo đồng vị phóng xạ nhằm biết được chúng đã được tồn tại bao lâu, và bằng cách nghiên cứu những thiên thạch ở những vị trí khác nhau trong hệ Mặt Trời để biết được chúng có hình thành cùng lúc hay không.
Những phương pháp tính tuổi Trái Đất không thành công
Đồng vị phóng xạ cho ta một phương pháp để biết được tuổi của Trái Đất
Năm 1896, nhà hóa học người Pháp Henri Becquerel phát hiện ra hiện tượng phóng xạ, là quá trình mà chất phân rã thành chất khác và giải phóng năng lượng. Những nhà địa chất học cho rằng bên trong Trái Đất có chứa một lượng phóng xạ rất lớn, phát hiện này cho thấy những lỗ hổng trong những phương pháp tính tuổi trước đây, nhưng nó cho chúng ta phương pháp mới : Tính tuổi bằng đồng vị phóng xạ (Radiometric dating).
Những nhà địa chất học nhận ra rằng sự phóng xạ làm phân rã chất thành những chất khác với tốc độ dự đoán được. Một số chất thì biến đổi nhanh chóng, nhưng có nhiều chất thì mất hàng triệu, thậm chí là hàng tỷ năm mới có thể hoàn toàn phân rã được. Ernest Rutherford và Frederick Soddy, làm việc tại Đại học McGill, xác định rằng chu kỳ bán rã của những đồng vị phóng xạ có một thời gian nhất định. Thí dụ như Thorium-232, chu kỳ bán rã của nó là hơn 1 tỷ năm.
Bằng cách đo được chu kỳ bán rã của những đồng vị phóng xạ, các nhà địa chất có thể xây dựng nên một thang đo cho phép họ tính toán tuổi của Trái Đất. Uranium và Thorium đều biến đổi thành chì, như vậy chúng ta chỉ cần lấy một mẫu khoáng vật chứa uranium và chì hay thorium và chì rồi xác định lượng của chúng là đã có thể xác định khoảng thời gian trôi qua từ khi khoáng vật đó hình thành.
Bertram Boltwood đã áp dụng phương pháp này cho 26 mẫu vật khác nhau, và đã phát hiện ra chúng được hình thành trong khoảng 92 đến 570 triệu năm. Những nhà địa chất học đã tìm khắp nơi trên Trái Đất xem hòn đá nào là lâu đời nhất, họ tìm được những hòn đá ở Canada, Úc và Châu Phi với những tuổi đời chênh lệch từ 2,5 đến 3,8 tỷ năm tuổi. Và hòn đá lâu đời nhất được tìm thấy ở Canada vào năm 1999 với tuổi đời là 4 tỷ năm.
Số liệu này chỉ là số tuổi tối thiểu của Trái Đất, dựa vào các hiện tượng địa chất, thời tiết hay kiến tạo địa tầng, tuổi của hành tinh có thể lớn hơn.
Thiên thạch là câu trả lời cuối cùng về độ tuổi của Trái Đất
Hiện tượng kiến tạo mảng làm che giấu đi những phần đất đá lâu đời nhất của Trái Đất, nhưng nếu hệ Mặt Trời được hình thành cùng lúc với nhau và những thiên thạch không bị ảnh hưởng bởi thời tiết cũng như là hiện tượng kiến tạo mảng của Trái Đất thì ta có thể đo được tuổi của Trái Đất từ chúng.
Các nhà địa chất sử dụng những mẫu vật còn nguyên sơ, như là thiên thạch Canyon Diablo đã gây ra hố va chạm Barringer ở bang Arizona, Mỹ để có thể đo tuổi của hệ Mặt Trời và Trái Đất. Bằng cách áp dụng phương pháp đồng vị phóng xạ lên thiên thạch này, các nhà địa chất đã xác định tuổi của Trái Đất là 4,54 tỷ năm với sai số là 1%.
Trong những ngày đầu tiên của hệ Mặt Trời, tất cả những thiên thể ngày nay đều nằm trong tinh vân Mặt Trời - là tàn tích còn sót lại từ sự hình thành Mặt Trời. Các hạt bụi, đất đá nhỏ kết hợp lại với nhau và ngày càng to lớn hơn thành đá cuội, đá tảng rồi trở thành những tiểu hành tinh, thiên thạch đi lang thang trong hệ Mặt Trời, chúng va chạm với nhau để cùng nhau hợp thành một thiên thể lớn hơn và cuối cùng là to như Trái Đất ngày nay.
Vào buổi bình minh của Trái Đất, có một hành tinh kích cỡ bằng với Sao Hỏa đã va chạm vào hành tinh của chúng ta. Kết quả là đất đá từ Trái Đất văng vào không gian để trở thành Mặt Trăng của Trái Đất.
Làm thế nào mà các nhà khoa học biết rằng tuổi thọ của Trái Đất là 4,54 tỷ năm tuổi ? Trái Đất chúng ta có hiện tượng kiến tạo mảng, hiện tượng này làm thay đổi hình dạng của mặt đất liên tục. Phần ngoài cùng của Trái Đất gồm thạch quyển nằm bên trên và quyển mềm nằm bên dưới, thạch quyển vỡ ra thành mảng kiến tạo và chúng trượt lên trên quyển mềm. Những hòn đá lâu đời nhất từng được tìm thấy có tuổi đời lên đến 4,2 tỷ năm.
Các nhà khoa học cho rằng hầu hết tất cả những vật chất khác trong hệ Mặt Trời được hình thành cùng một lúc với nhau. Người ta có thể đo đồng vị phóng xạ nhằm biết được chúng đã được tồn tại bao lâu, và bằng cách nghiên cứu những thiên thạch ở những vị trí khác nhau trong hệ Mặt Trời để biết được chúng có hình thành cùng lúc hay không.
Những phương pháp tính tuổi Trái Đất không thành công
- Phương pháp tính tuổi Trái Đất ngày nay là những bước cuối cùng của một chuỗi dài phương pháp ước tính tuổi đã được thực hiện trong lịch sử. Các nhà khoa học trước đây phát hiện ra những đặc tính đặc biệt của Trái Đất và Mặt Trời thay đổi theo thời gian, và sau đó tính toán tuổi của những hành tinh từ đó, nhưng thật không may, họ đã sai lầm vì nhiều lý do.
- Phương pháp Suy giảm mực nước biển – bởi Benoit de Maillet (1656 - 1738), một nhà nhân chủng học người Pháp. Ông cho rằng có tồn tại hóa thạch ở những vùng núi cao, tức là Trái Đất đã từng được bao phủ bởi một đại dương rất lớn và đại dương này mất 2 tỷ năm để bốc hơi cho đến mực nước biển hiện tại. Các nhà khoa học bác bỏ điều này, vì cho rằng nước biển tăng giảm là điều tự nhiên.
- Phương pháp Làm mát Trái Đất - bởi William Thompson (sau này được biết đến với tên Lord Kelvin). Ông cho rằng Trái Đất từng là một quả cầu lửa nóng chảy với nhiệt độ như ở Mặt Trời và sau đó nó đã mát hơn cho đến hiện tại. Dựa trên nhiều cơ sở dữ liệu, ông tính ra Trái Đất mất khoảng 20 triệu 400 ngàn năm để làm mát. Tuy nhiên, phương pháp này sai vì nhiệt độ của Mặt Trời - một ngôi sao cấu tạo chủ yếu từ hydro và Trái Đất - một hành tinh cấu tạo từ đất đá và kim loại là không bằng nhau.
- Phương pháp Sự xói mòn của đá - bởi Charles Darwin được trình bày trong cuốn sách Nguồn gốc của các loài được tự nhiên chọn lọc (The Origin of Species by Means of Natural Selection). Ông đề xuất ý kiến rằng có thể xác định độ tuổi tối thiếu của hành tinh bằng cách đo đạc sự xói mòn của đá. Darwin ước tính đá trong khu vực Weald của Anh quốc đã trải qua thời gian xói mòn khoảng 300 triệu năm để có hình dạng như ngày nay.
- Phương pháp Quỹ đạo của Mặt Trăng - bởi George Darwin, là con trai của Charles Darwin. Ông cho rằng Mặt Trăng có thể hình thành từ Trái Đất và nó trôi dạt dần khỏi vị trí hiện tại, ông ước tính Mặt Trăng đã mất ít nhất 56 triệu năm để rời xa Trái Đất và đạt được vị trí hiện tại của nó. Ngày nay chúng ta biết rằng, Mặt Trăng hình thành là do một hành tinh cỡ Sao Hỏa đánh vào Trái Đất hàng tỷ năm trước đây.
- Phương pháp Độ mặn của đại dương - bởi nhà thiên văn học nổi tiếng Edmund Halley trình bày vào năm 1715. Ông quan sát và cho rằng đại dương và những hồ nước nhận được muối từ những con sông, dòng suối và từ đó nó dần mặn hơn, nhưng nước bốc hơi và để lại muối ở đáy. Vì thế theo thời gian, nước sẽ mặn hơn nữa, từ đó cho phép một phép tính ước tính khoảng thời gian diễn ra quá trình đó. Ông ước tính Trái Đất có độ tuổi từ 80 đến 150 triệu năm.
Đồng vị phóng xạ cho ta một phương pháp để biết được tuổi của Trái Đất
Năm 1896, nhà hóa học người Pháp Henri Becquerel phát hiện ra hiện tượng phóng xạ, là quá trình mà chất phân rã thành chất khác và giải phóng năng lượng. Những nhà địa chất học cho rằng bên trong Trái Đất có chứa một lượng phóng xạ rất lớn, phát hiện này cho thấy những lỗ hổng trong những phương pháp tính tuổi trước đây, nhưng nó cho chúng ta phương pháp mới : Tính tuổi bằng đồng vị phóng xạ (Radiometric dating).
Những nhà địa chất học nhận ra rằng sự phóng xạ làm phân rã chất thành những chất khác với tốc độ dự đoán được. Một số chất thì biến đổi nhanh chóng, nhưng có nhiều chất thì mất hàng triệu, thậm chí là hàng tỷ năm mới có thể hoàn toàn phân rã được. Ernest Rutherford và Frederick Soddy, làm việc tại Đại học McGill, xác định rằng chu kỳ bán rã của những đồng vị phóng xạ có một thời gian nhất định. Thí dụ như Thorium-232, chu kỳ bán rã của nó là hơn 1 tỷ năm.
Bằng cách đo được chu kỳ bán rã của những đồng vị phóng xạ, các nhà địa chất có thể xây dựng nên một thang đo cho phép họ tính toán tuổi của Trái Đất. Uranium và Thorium đều biến đổi thành chì, như vậy chúng ta chỉ cần lấy một mẫu khoáng vật chứa uranium và chì hay thorium và chì rồi xác định lượng của chúng là đã có thể xác định khoảng thời gian trôi qua từ khi khoáng vật đó hình thành.
Bertram Boltwood đã áp dụng phương pháp này cho 26 mẫu vật khác nhau, và đã phát hiện ra chúng được hình thành trong khoảng 92 đến 570 triệu năm. Những nhà địa chất học đã tìm khắp nơi trên Trái Đất xem hòn đá nào là lâu đời nhất, họ tìm được những hòn đá ở Canada, Úc và Châu Phi với những tuổi đời chênh lệch từ 2,5 đến 3,8 tỷ năm tuổi. Và hòn đá lâu đời nhất được tìm thấy ở Canada vào năm 1999 với tuổi đời là 4 tỷ năm.
Số liệu này chỉ là số tuổi tối thiểu của Trái Đất, dựa vào các hiện tượng địa chất, thời tiết hay kiến tạo địa tầng, tuổi của hành tinh có thể lớn hơn.
Hố va chạm Barringer ở bang Arizona, nước Mỹ vào khoảng 50.000 năm trước có đường kính 1,18 km.
Thiên thạch là câu trả lời cuối cùng về độ tuổi của Trái Đất
Hiện tượng kiến tạo mảng làm che giấu đi những phần đất đá lâu đời nhất của Trái Đất, nhưng nếu hệ Mặt Trời được hình thành cùng lúc với nhau và những thiên thạch không bị ảnh hưởng bởi thời tiết cũng như là hiện tượng kiến tạo mảng của Trái Đất thì ta có thể đo được tuổi của Trái Đất từ chúng.
Các nhà địa chất sử dụng những mẫu vật còn nguyên sơ, như là thiên thạch Canyon Diablo đã gây ra hố va chạm Barringer ở bang Arizona, Mỹ để có thể đo tuổi của hệ Mặt Trời và Trái Đất. Bằng cách áp dụng phương pháp đồng vị phóng xạ lên thiên thạch này, các nhà địa chất đã xác định tuổi của Trái Đất là 4,54 tỷ năm với sai số là 1%.
+Anh Tuấn Nguyễn tham khảo từ Universe Today, Bách Khoa Tri Thức, Understanding Science – Lord Kelvin, USGS Age of the Earth, Lord Kelvin’s Failed Scientific Clock, The Role of Radioactive Decay, Astronomy Cast Episode 51: Earth, Oldest Rock Formations Found, Wikipedia.
