Store opdagelser: Jordens alder
Vores blå planet har ikke altid været blå. Den blev dannet for cirka 4,6 milliarder år siden, da en kosmisk urtåge trak sig sammen og skabte Solen og planeterne. Jorden er gammel, men dog kun omtrent en tredjedel af universets alder, der i dag er bestemt til 13,8 milliarder år.

Den 446 kilometer lange Grand Canyon i Arizona. På trods af en agtværdig alder på cirka 70 millioner år, er den blevet til meget sent i Jordens historie. Dens alder er mindre end 2 procent af de ældste sten fundet på Jorden. (Foto: Tobias Alt, 2007)

 

Historien om Jordens alder indeholder såvel kontinuerte som diskontinuerte træk, møjsommelig og gradvis indsamling af bedre data såvel som dramatiske ændringer i perspektiv og metoder. De vigtigste metoder var forståelsen af, at Jordens alder overhovedet hører til naturvidenskabens område, og at radioaktive mineraler i jordskorpen og i meteoritter kan bruges som et geologisk ur.

Indtil slutningen af 1700-tallet var der enighed om, at spørgsmålet om Jordens alder hørte til teologiens område, idet bibelstudier i 1600-tallet syntes at vise, at Gud havde skabt Jorden omkring 4.000 år f.Kr. Tycho Brahes elev, den danske astronom og matematiker Longomontanus (1562-1647), beregnede Jordens tilblivelse til at have fundet sted år 3.967 f.Kr.

I England blev den autoriserede skabelse meget specifikt henlagt til lørdag aften, den 22. oktober 4004 f.Kr., som beregnet af den lærde biskop James Ussher (1581-1656). Heri var den københavnske astronomiprofessor Villum Lange (1624-1682) imidlertid ikke ganske enig, da han henlagde Jordens skabelse til mandag den 30. april 4042 f.Kr.

Eksperterne skændes om datoen

Eksperterne skændtes om den eksakte dato, men de var enige om, at Jordens alder hørte til studiet af Bibelen – og ikke til studiet af naturen. Det korte tidsperspektiv førte til problemer i geologernes forsøg på at forstå udseendet af jordskorpen, men det var der ikke noget at gøre ved. Bibelens autoritet var for stor til at blive anfægtet.

Vi skal derfor helt frem til oplysningstiden i 1700-tallet, før der for alvor blev sat spørgsmålstegn ved den bibelske kronologi. Enkelte naturforskere foreslog ganske radikalt, at man helt kunne se bort fra Bibelen og i stedet estimere Jordens alder ud fra videnskabelige teorier og målinger.

Den franske naturhistoriker Georges-Louis Leclerc (1707-1788), normalt kendt under sit adelige navn Buffon, var en flittig naturvidenskabelig skribent: Hans overvældende 'Histoire naturelle' (1749-1789) var på intet mindre end 44 bind!

Buffon antog, at Jorden oprindeligt var dannet som en glødende masse, der var størknet og siden afkølet til dens nuværende overfladetemperatur. Ud fra forsøg med ophedede kugler af forskellig størrelse og materiale sluttede han i 'Époques de la nature' fra 1778, at Jordens alder var så vildt høj som 74.832 år (Privat var han nået til en meget højere alder – mange millioner år – men den værdi valgte han klogelig nok at holde for sig selv).

Fakta

 

Denne artikel stammer fra bogen '50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben'. Bogen bringes i samarbejde med Aarhus Universitetsforlag. Køb bogen her

 

Påstanden vakte forståeligt nok vrede blandt teologerne i Paris: Buffon var simpelthen gået over stregen. Han undgik med nød og næppe at få sin bog censureret, da han forsikrede sin tro på Bibelens sandhed. Men det skulle snart blive endnu mere ekstremt.

Jordens alder måtte være langt mindre

Hundrede år senere var geologien blevet en udviklingsvidenskab, hvor jordskorpen blev set som et produkt af naturlige processer, der havde virket i æoner af tid. Dyre- og planteverdenens arter opfattede man ikke længere for uforanderlige, for efter Darwin blev også de betragtet som resultatet af en langsom og gradvis udvikling. Der var blandt geologer og biologer enighed om, at Jorden måtte være mindst 100 millioner år gammel. Og at den meget vel kunne være langt ældre.

Hvis ikke man antog en så gammel Jord, kunne man ikke forklare udviklingen af de biologiske arter og heller ikke jordskorpens form ud fra fortidens geologiske processer. Den højt ansete skotske fysiker lord Kelvin (1824-1907), med det borgerlige navn William Thomson, var en af tidens største eksperter i termodynamik, der er læren om varme- og energiprocesser.

Han argumenterede ud fra komplicerede beregninger, at den virkelige værdi for Jordens alder måtte være langt mindre, end geologerne antog. Ved i detaljer at studere varmetransporten fra Jordens glødende kerne til dens overflade nåede han i 1890'erne til den konklusion, at størkningen af jordskorpen var indtrådt for blot 20-30 millioner år siden.

Altså en aldersforskel på mindst 70-80 millioner år, eller mere end 200 procent. Uenigheden mellem geologerne og fysikeren Kelvin var så stor, at den udviklede sig til en større kontrovers, hvor Kelvin viste sig at være taberen, uden at geologerne derfor kom ud som vindere.

Radioaktivt henfald vender op og ned på geologien

Faktisk er det historiens ironi, at da Kelvin i 1899 selvsikkert offentliggjorde sin lave aldersværdi, var tæppet allerede trukket bort under hans metode. Ifølge Kelvin var jordoverfladens temperatur et produkt af varmeledning fra Jordens indre, mens der ikke var andre væsentlige varmekilder.

Med den overraskende opdagelse af radioaktiviteten i 1896 viste det sig snart, at han tog gruelig fejl. Hans matematiske beregninger var værdiløse, da de byggede på forkerte fysiske antagelser.

En meteorit (Foto: Meteorit, 8 x 8 cm. Steno Museet, Aarhus Universitet. Foto: Lise Balsby, Anders Trærup og Lars Kruse, AU Kommunikation, Aarhus Universitet)

Studiet af radioaktive stoffers henfald i jordskorpen vendte ganske simpelt op og ned på store dele af geologien. Vi skal nu nok være glade for, at jordskorpen ikke er højradioaktiv, for så ville vi ikke være her – men vi skal også være glade for, at den trods alt er radioaktiv, for ellers ville det være alt for koldt til, at vi kunne leve. Ikke blot gav radioaktiviteten et helt nyt billede af Jordens varmeregnskab, det resulterede også i en ny og meget højere alder for Jorden, end selv geologerne havde forestillet sig.

Den tidligste metode var simpel, idet man blot målte mængden af den helium, der var indesluttet i uranholdige mineraler, og som skyldtes de udsendte alfapartikler. Disse alfapartikler er nemlig positivt ladede heliumioner (He2+), der ved indfangning af elektroner omdannes til neutrale heliumatomer. Omend metoden var meget grov og snart blev forladt, antydede den dog en alder på omtrent 1 milliard år.

 

Målinger af halveringstiden

Datering af Jordens alder ud fra radioaktive målinger er i princippet ret simpel, men i praksis meget vanskelig. Metoden bygger på målinger af halveringstiden af langtlevende radioaktive grundstoffer som uran og thorium, der er hyppige i jordskorpen.

Almindeligt forekommende uran med atomvægten 238 har en halveringstid på 4,46 milliarder år, og for thorium-232 er den 13,9 milliarder år, hvilket i sig selv antyder en størrelsesorden for Jordens alder. Allerede omkring 1915 havde fysikere på denne måde fundet rimeligt sikre indikationer på, at de ældst kendte mineraler havde en alder på mellem 1,5 og 2 milliarder år.

I de følgende 10 år blev metoden udviklet og forfinet, især ved at undersøge forholdet mellem de forskellige isotoper, grundstofferne består af, det vil sige atomer med forskellig masse tilhørende samme grundstof. Således er der i uran også små mængder af en isotop med atomvægt 235 og halveringstid 0,704 milliard år.

 

Overbevist om den høje alder

Det bly, der findes i mange mineraler, er en blanding af isotoper med forskellige massetal. Nogle af disse stammer fra Jordens barndom, mens andre er 'radiogeniske', det vil sige dannet fra radioaktive henfald af uran og thorium.

I slutningen af 1930'erne bestemte forskerne sammensætningen af blyisotoper i et grønlandsk mineral, hvorfra de bestemte dets alder til cirka 2,5 milliarder år.

Meteorkrateret Canyon Diablo i Arizona.

Ved på lignende måde at studere mineralforekomster med forskelligt forhold af radiogenisk og oprindeligt bly nåede den engelske geofysiker Arthur Holmes (1890-1965) i 1946 frem til en alder på cirka 3 milliarder år. Holmes, en af den radioaktive dateringstekniks pionerer, havde så tidligt som i 1927 angivet et aldersinterval på 1,6-3 milliarder år. Han var nu overbevist om den højere alder.

 

Meteoritter til pålidelig datering

Ingen højere? Jo såmænd, for undersøgelser af meteoritter i starten af 1950’erne viste, at de havde et mindre indhold af radiogenisk bly end de undersøgte mineraler på Jorden. Det måtte betyde, at de var ældre og mere oprindelige.

Meteoritter er sten fra rummet, hvor de kaldes meteorer, der efter passage af atmosfæren kan findes på Jordens overflade. Da de er rester af materiale, der blev dannet i stor mængde ved solsystemets skabelse, har de samme alder som Jorden.

Blandt de meteoritter, der i 1950’erne viste sig særlig værdifulde for en pålidelig datering af Jordens tilblivelse, var en meteorit fundet i Canyon Diablo i Arizona. På grundlag af omhyggelige analyser af flere meteoritter, herunder ikke mindst Canyon Diablo-meteoritten, kunne den amerikanske geokemiker Clair Patterson (1922-1995) i 1956 offentliggøre en ny og præcis værdi for Jordens alder: 4,550 ± 0,070 milliarder år.

Uafhængige målinger af andre prøver og med andre metoder har siden da bekræftet Pattersons værdi, der stadig i dag, mere end 50 år senere, betragtes som autoritativ. Den harmonerer med undersøgelser af de ældste blymalme på Jorden, hvor man har fundet en alder på 4,54 milliarder år med en fejlmargin på cirka 1 procent.

 

Fra hypotese til videnskabeligt faktum

Pattersons værdi er omtrent så præcis, som den kan blive. Selve begrebet 'Jordens alder' er lidt misvisende, da det antyder et præcist tidspunkt for Jordens fødsel. Men denne fødsel var en ekstremt langstrakt proces, med en varighed på måske 50 millioner år svarende til tiden fra urtågens kollaps til dannelsen af Solen og de første planeter.

En lang og hård fødsel, må man sige. Alene af den grund skal vi nok ikke forvente en præcis dato for Jordens skabelse, i modsætning til hvad James Ussher, Villum Lange og andre forskere mente i 1600-tallet. I dag betragtes de cirka 4,6 milliarder år imidlertid ikke som en hypotese, men som et videnskabeligt faktum.

Det er unægteligt en alder, der adskiller sig radikalt fra de cirka 5.600 år, man i 1600-tallet var enige om - selvom vi ikke kan hamle op med de gamle forskeres præcision. 

Seneste ForskerZonen

Det sker