اگر کسی از شما بپرسد که چند سال از شکل‌گیری کره زمین می‌گذرد چه پاسخی خواهید داشت؟ به راستی با مشاهده زمین، از کجا می‌توان تخمین زد که عمر این سیاره چقدر است؟
واقعیت این است که محاسبه و برآورد سن زمین، نیازمند رمزگشایی از سنگ‌ها و محتویات درون آن است که طبیعتا با مشاهده و بررسی ساده ممکن نیست.
اتان فریدمن در مقاله‌ای در لایوساینس به بررسی این موضوع پرداخت و توضیح داد که دانشمندان چگونه با اندازه‌گیری عناصر رادیواکتیو در سنگ‌های زمین و سایر بخش‌های منظومه شمسی، جدولی زمانی از سال‌های نخست شکل‌گیری زمین تهیه کرده‌اند.
از عمر زمین چیزی حدود چهار میلیارد و ۵۴۰ میلیون سال می‌گذرد. زمین در این مدت، پیدایش و از میان رفتن قاره‌ها را به خود دیده است، بالا و پایین رفتن کلاهک‌های یخی را تجربه کرده است و حیات روی آن، از موجودات تک‌سلولی به نهنگ‌های آبی تبدیل شده است.
اما چگونه می‌توان سن زمین را محاسبه کرد؟ اجازه بدهید نگاهی به درون زمین بیندازیم.
بکی فلاورز، زمین شناس دانشگاه کلرادو بولدر، می‌گوید اگر شما یک دانشمند زمین‌شناس باشید و به یک سنگ نگاه کنید، آن چه می‌بینید فقط یک سنگ نیست، آن سنگ برای خود داستانی دارد که شما می‌توانید سعی کنید آن را رمزگشایی کنید.
هنگامی که مواد معدنی از ماگما یا گدازه به جا می‌مانند، اغلب آن‌ها آثاری از مواد رادیواکتیو مانند اورانیوم در خود دارند. با گذشت زمان، این عناصر رادیواکتیو تجزیه می‌شوند، به این معنی که پرتو گسیل می‌کنند که این در نهایت، آن‌ها را به عناصر جدید و پایدارتری تبدیل می‌کنند که درون ماده معدنی به دام می‌افتند.
اورانیوم ۲۳۸ رادیواکتیو، شکل رایج اورانیوم را در نظر بگیرید. اتم‌های آن انرژی آزاد می‌کنند تا اینکه این عنصر در نهایت به سرب تبدیل شوند. این فرآیند با سرعت ثابتی به نام نیمه‌عمر رخ می‌دهد. نیمه‌عمر در اصطلاح فیزیکی به مدت زمانی گفته می‌شود که برای تجزیه نیمی از اتم‌ها لازم است. امروزه می‌دانیم که نیمه‌عمر اورانیوم ۲۳۸ بیش از ۴ میلیارد سال است، یعنی به عبارتی بیش از ۴ میلیارد سال طول می‌کشد تا نیمی از اورانیوم ۲۳۸ موجود در یک نمونه سنگی، به سرب تبدیل شود. این باعث می‌شود که اورانیوم یک ماده فوق‌العاده عالی برای تعیین تاریخ باشد.
Read More
This section contains relevant reference points, placed in (Inner related node field)
با دانستن این نیمه‌عمرها، می‌توانیم بر اساس نسبت عنصر رادیواکتیو در ماده به عنصر پایدار- روشی به نام تاریخ‌یابی رادیومتریک - محاسبه کنیم که سن یک سنگ چقدر است.
به گفته فلاورز، برای تاریخ‌یابی رادیومتریک معمولا از کانی زیرکُن استفاده می‌شود، چرا که حاوی مقدار نسبتا زیادی از اورانیوم است. تعیین عمر با سرب اورانیوم تنها یکی از انواع تاریخ‌یابی رادیومتریک است. روش‌های دیگری هم وجود دارد که از عناصر مختلف استفاده می‌کنند. برای مثال، تاریخ‌گذاری رادیوکربن، یکی از رایج‌ترین این روش‌ها است که در آن از ایزوتوپ رادیواکتیو کربن استفاده می‌شود که نیمه‌عمری هزاران ساله دارد و برای تاریخ‌گذاری مواد آلی مفید است.
زمین‌شناسان با استفاده از این روش‌ها، تعداد زیادی مواد معدنی را روی زمین پیدا کرده‌اند که قدمت آن‌ها به ۴.۴ میلیارد سال می‌رسد و معنی آن این است که این سیاره دست‌کم از ۴.۴ میلیارد سال پیش اینجا وجود داشته است. اما اگر دانشمندان بگویند زمین بیش از ۴.۵ میلیارد سال سن دارد، این ۱۰۰ میلیون سال اضافی از کجا آمده است؟
همان‌گونه که گفتیم، زمین طی میلیاردها سال، تغییرات بسیاری کرده است، به‌ویژه از طریق فرآیندهایی مانند زمین‌ساخت صفحه‌ای، که پوسته را جابه‌جا می‌کند، خشکی‌های جدیدی را از ماگما بیرون می‌آورد و خشکی‌های قدیمی را به زیر زمین باز می‌گرداند. در نتیجه، پیدا کردن سنگ‌هایی متعلق به همان آغاز عمر زمین کار بسیار سختی است. آن سنگ‌ها مدت‌ها است که فرسایش یافته یا دوباره به مواد خام تبدیل شده‌اند.
اما دانشمندان می‌توانند از تاریخ‌یابی رادیومتریک برای تعیین سن سنگ‌های سایر بخش‌های منظومه شمسی نیز استفاده کنند. برخی از شهاب‌سنگ‌ها موادی در خود دارند که بیش از ۴.۵۶ میلیارد سال از عمرشان می‌گذرد و همچنین قدمت سنگ‌های ماه و مریخ نیز به حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش می‌رسد.
این تاریخ‌ها، بسیار نزدیک به همان زمانی است که دانشمندان تصور می‌کنند منظومه شمسی شروع به شکل‌گیری کرده و از ابر گاز و غبار اطراف خورشید، متولد شده است و با دانستن تمام این سنین نسبی، می‌توانیم یک جدول زمانی از چگونگی شکل‌گیری زمین، ماه، مریخ و سایر سنگ‌های کوچک معلق در فضای پیرامونمان تهیه کنیم.
ربکا فیشر، دانشمند علوم زمین و سیاره‌شناسی در دانشگاه هاروارد، به لایو ساینس می‌گوید که تغییر از آن ابر و غبار اولیه به سیاره زمین هم البته به یکباره اتفاق نیفتاده است، بلکه خود شکل‌گیری زمین، میلیون‌ها سال طول کشیده است. از این رو مقصود ما از سن زمین، تعیین یک سال به خصوص نیست و بیشتر به دوره‌ای اشاره دارد که شکل‌گیری سیاره ما در آن شروع شد.
