הבנת הגיל של כדור הארץ נתקלה בקשיים גדולים יותר מכפי שציפו המדענים בתחילה. התשובה לא נמצאה על ידי ספירת הדורות של בני אדם. התשובה לא נמצאה על ידי מדידת שכבות משקע. רק בשנות התשעים של המאה ה-19 החלו מדענים להבין מהם תהליכים רדיואקטיביים, וזמן נוסף עבר עד שאנשים החלו להסתייע בהם כדי למדוד במדויק את גיל כדור הארץ והירח.
באדיבות pixabay
איך קבעו המדענים את גילם של כדור הארץ והירח? באמצעות חקירה של תופעות רדיואקטיביות בסלעים, אנו יכולים למדוד את הזמן שחלף מאז שהסלע היה מותך בפעם האחרונה. כאשר סלעים מתגבשים מחומר מותך, איזוטופי האם (ואיזוטופי הבת הנוצרים מהם) ננעלים במקומם. לפני היווצרות הסלע, תוצרי הדעיכה הרדיואקטיבית יכלו לברוח, למשל ע"י ערבוב של לבה נוזלית. לאחר שהסלע מתמצק, הדעיכות מתרחשות במקום. על ידי היכרות עם קצב תהליכי הדעיכה, ומדידת היחס בין האיזוטופים של האם והבת, אפשר להעריך בדיוק סביר את גיל הסלע.
חמושים בטכניקה של תיארוך רדיואקטיבי, הגיאולוגים יצאו למצוא את הסלעים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ. סלעים עתיקים אלה הם נדירים מאוד, כי לאחר מיליארדי שנים, רובם נהרסו על ידי הגיאולוגיה הפעילה של כדור הארץ. האזורים העתיקים ביותר של קרום שלא עבר שינוי נמצאים בגרינלנד, במערב אוסטרליה ובדרום אפריקה, וגילם כ-3.9 עד 4.0 מיליארד שנים. בתגלית אחת יוצאת דופן מאזור ג'ק הילס במערב אוסטרליה, גביש זירקון קטן נמצא עם גיל רדיומטרי של 4.404 מיליארד שנים. חישבו על כך – מינרל קטן מראש של מסמר מעיד על מיליארדי שנים של היסטוריה! אנחנו צריכים להוסיף לפרק זמן זה פרק זמן לא ידוע, שבו כדור הארץ היה מותך ופני השטח שלו הופגזו בעוצמה על ידי פסולת ממערכת השמש. גבול עליון לגיל כדור הארץ מתקבל מניתוח החומר הקדום ביותר שבמטאוריטים הפרימיטיביים ביותר: תכלילים עשירים בסידן ובאלומיניום. הגיל המדוד של מערכת השמש הוא 4.567 מיליארד שנים. האומדן הטוב ביותר לגילו הכולל של כדור הארץ הוא 4.54 מיליארד שנים עם אי-ודאות של 1% בלבד.
באדיבות NASA
כדי לאמת מספר זה, מדענים רצו לבחון גם את גיל סלעי הירח, כדי לראות אם הם בעלי גיל הדומה לזה של כדור הארץ. כל אחת משלחות אפולו החזירה לכדור הארץ מטען יקר של סלעי ירח, דגימות קרקע, וחומר שנאסף באמצעות קידוח. גם רשות החלל הסובייטית החזירה דוגמאות קרקע בכמות קטנה יותר, באמצעות חלליות לא מאוישות. המדענים אספו כמה מאות קילוגרמים של סלעים מ-9 אתרים שונים על פני הירח. מדעני הירח בדקו בשקיקה את הדגימות הללו, והחלו לחשוף את ההיסטוריה של הירח. רבים מן הסלעים היו בטווח גילאים של 3 עד 4 מיליארד שנים. התגלו גם כמה פיסות סלע שראשיתן מלפני 4.4 או 4.5 מיליארד שנה. ככל הנראה, רוב הסלעים מתקופת מאות מיליוני השנים הראשונות בהיסטוריה של הירח נופצו ונהרסו בהפגזה העזה שהתרחשה באותה תקופה, ולכן הסלעים והשברים הקדומים ביותר נדירים כל כך. מדענים מוסיפים לגיל זה כ-100 מיליון שנה, הזמן שנדרש לירח המותך להתמצק. האומדן הטוב ביותר של גיל הירח באמצעות מדידות רדיומטריות הוא 4.51 מיליארד שנים, מעט צעיר יותר מאשר כדור הארץ.
גילאים מוחלטים ממדידות רדיומטריות שימשו לכיול הגילאים היחסיים של חלקים שונים על פני הירח, שנקבעו בשיטות של ספירת מכתשים (ראו סעיף 5.15 מכתשי פגיעה). תיארוך רדיואקטיבי אישר את מה שרמזו מכתשי הירח: המישורים האפלים החלקים, "הימות", הם צעירים בהרבה מן הרמות הממוכתשות. לאחר כיול הגילאים היחסיים באמצעות המכתשים, ניתן היה למצוא גילאים מוחלטים גם עבור משטחים פלנטריים אחרים, כגון אלה של מרקורי ומאדים, בהנחה שקצב יצירת המכתשים היה אחיד בכל מערכת השמש הפנימית.
שיטות תיארוך רדיומטריות שופרו מזה שישים שנה ויותר, ועשרות איזוטופים רדיואקטיביים שונים יכולים לשמש לצורך מחקר זה. כאשר אנו מיישמים את שיטת התיארוך הרדיואקטיבי על כל מיני דגימות ממערכת השמש – סלעים מכדור הארץ, סלעי ירח ומטאוריטים מהחלל העמוק – כולן מניבות גיל של כ-4.6 מיליארד שנים. הטכניקה מבוססת על הפיזיקה המובנת היטב של רדיואקטיביות, אשר ניתן לבודקה במעבדה. מדענים רואים בכך הוכחה לגיל כדור הארץ, והיא גם הובילה לכרונולוגיה של מערכת השמש כולה. חישבו לרגע על המספר העצום הזה. לעומתו, כל הדורות של האנושות הם רק מצמוץ של העין הקוסמית. אנחנו, כבני אדם, קיימים פחות מעשירית אחוז ממשך ההיסטוריה של הפלנטה שלנו!
→ הסעיף הקודם: 5.4 תיארוך רדיואקטיבי | הסעיף הבא: 5.6 חום פנימי ופעילות גיאולוגית ←