رمزگشایی از سن تنها سکونتگاه بشر: زمین چند سال دارد؟

در این مقاله نگاهی به چگونگی تخمین سن زمین توسط دانشمندان می‌اندازیم. سیاره زمین شناسنامه‌ای برای ثبت تاریخ و نحوه دقیق شکل‌گیری خود ندارد. این بدان معناست که دانشمندان صدها سال در تلاش برای تعیین سن این سیاره بوده‌اند. درنهایت، سن زمین چطور تخمین زده شده است؟

دانشمندان با بررسی قدمت سنگ‌های موجود در پوسته در حال تغییر زمین و همچنین سنگ‌های موجود روی سیاراتی که در همسایگی زمین قرار دارند و همچنین مطالعه روی شهاب سنگ‌ها دریافته‌اند که زمین در حدود 4.54 میلیارد سال عمر دارد. میزان خطای این عدد در حدود 50 میلیون سال است.

طی 400 سال گذشته، دانشمندان بارها تلاش کرده‌اند تا سن کره زمین را تعیین کنند. آن‌ها سعی کرده‌اند سن را براساس میزان تغییرات سطح دریا، مدت زمانی که طول می‌کشد تا زمین و یا خورشید به اندازه دمای کنونی سرد شوند و میزان شوری اقیانوس پیش‌بینی کنند. با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، به مرور ثابت شد که این روش‌ها چندان قابل اعتماد نیستند. به عنوان مثال دانشمندان دریافتند که سطح همیشه متغیر دریاها نمی‌تواند یک روند مشخص در تعیین سن زمین را در اختیار ما قرار دهد.

در تلاشی دیگر برای محاسبه سن سیاره زمین، دانشمندان به سراغ صخره‌هایی رفتند که سطح سیاره را پوشانده‌اند. با این‌ حال از آنجا که پوسته کره زمین به صورت مداوم در حال تغییر است، اولین صخره‌ها مدت‌هاست که ذوب شده‌اند و برآمدگی‌های جدیدی جای آن‌ها را گرفته‌اند.

دانشمندان همچنین باید مسئله‌ای به نام «ناهماهنگی بزرگ» را نیز در نظر بگیرند. این مسئله اشاره به گم شدن لایه‌های رسوبی در نقاط مختلف کره زمین دارد. به طور مثال، مطابق با تحقیقات دانشگاه آریزونا، سنگ‌هایی با قدمت 1.2 میلیارد سال در «گرند کنیون» وجود دارند که نمی‌توان آن‌ها را پیدا کرد. یک مطالعه صورت گرفته در سال 2019 نشان داد که عصر یخبندان جهانی باعث خرد شدن یخچال‌های طبیعی و پراکندگی و ازهم‌پاشیدگی سنگ‌ها شده. این خرده سنگ‌ها با ذوب شدن درون پوسته زمین، سنگ‌های جدیدی را تشکیل دادند. بدین ترتیب آثار سنگ‌های پیشین به صورت کامل از بین رفت.

در اوایل قرن بیستم، دانشمندان فرآیند تعیین سن به روش رادیومتری را اصلاح کردند. تحقیقات پیشین ثابت کرده بود که ایزوتوپ‌های برخی از عناصر رادیواکتیو با سرعتی قابل پیش‌بینی به عناصر دیگر تجزیه می‌شوند. با بررسی عناصر موجود، دانشمندان می‌توانند مقدار اولیه یک عنصر رادیواکتیو را محاسبه کنند. بدین ترتیب می‌توان زمان پوسیدگی عناصر را نیز تخمین زد. در نهایت با این روش سن سنگ تعیین می‌شود.

قدیمی‌ترین سنگی که تا به امروز روی کره زمین کشف شده، Acasta Gneiss نام دارد که با سن تقریبی 4.03 میلیارد سال، در نزدیکی دریاچه Great Slave در شمال کانادا یافت شده است. با این‌حال، سنگ‌هایی با قدمت بیش از 3.5 میلیارد سال را می‌توان در همه قاره‌ها یافت. Greenland دارای سنگ‌های سوپر کریستال Isua با سن حدود 3.7 تا 3.8 میلیارد سال است. همچنین سنگ‌های موجود در Swaziland دارای سن تقریبی 3.5 میلیارد سال هستند. عمر این نمونه‌ها در غرب استرالیا به 3.4 تا 3.6 میلیارد سال می‌رسد.

پس از این، گروه‌های تحقیقاتی در استرالیا موفق به یافتن قدیمی‌ترین دانه‌های معدنی روی زمین شدند. قدمت این بلورهای سیلیکات زیرکونیوم به 4.3 میلیارد سال می‌رسد که بدین ترتیب می‌توان آن‌ها را به عنوان قدیمی‌ترین مواد زمینی که تاکنون کشف شده‌اند، شناخت. اما سنگ‌هایی که منبع این دانه‌های معدنی هستند، هنوز کشف نشده‌اند. در همین حال، دانشمندان موفق شده‌اند گرد و غبار میان ستاره‌ای با عمر حدود 7 میلیارد سال را نیز در زمین پیدا کنند.

سنگ‌ها و زیرکونیوم‌ها با قدمت 4.3 میلیارد ساله خود تنها می‌توانند حداقل سن کره زمین را مشخص کنند. زیرا در هر صورت سن کره زمین باید بیشتر از سن سنگ‌های کشف شده روی آن باشد.

از سوی دیگر زمان دقیق پدیدار شدن حیات هنوز مورد بحث است. این بحث از آنجا سرچشمه می‌گیرد که برخی فسیل‌های اولیه می‌توانند به صورت سنگ‌های طبیعی ظاهر شوند. برخی از اولین نشانه‌های زندگی که در قسمت غربی استرالیا یافت شده‌اند، همانطور که در یک پی سری از تحقیقات در سال 2018 اعلام شد، دربردارنده رگه‌هایی از سنگ‌های 3.4 میلیارد ساله هستند که ممکن است فسیل باشند. مطالعات دیگر نشان می‌دهند که زندگی روی سطح کره زمین قدمت بیشتری نیز دارد. مجراهای Hematite که در سنگ‌های آتشفشانی در کبک کانادا یافت شده‌اند، دارای میکروب‌هایی متعلق به حدود 3.77 تا 4.29 میلیارد سال پیش هستند. محققان همچنین در حال بررسی سنگ‌هایی در جنوب غربی Greenland هستند که ساختارهای مخروطی دارند. این سنگ‌ها میکروب‌هایی با عمر 3.7 میلیارد سال را درون خود زندانی کرده‌اند.

در تلاش‌های بیشتر برای تخمین دقیق‌تر سن زمین، دانشمندان نگاهی به فضای خارجی کرده‌اند. موادی که منظومه شمسی را تشکیل داده‌اند، از جمله گاز و غباری که خورشید جوان را احاطه کرده‌اند، می‌توانند سرنخی را فراهم کنند. فعل و انفعالات گرانشی سبب شده تا خورشید همزمان با سایر سیارات شکل بگیرد. بدین ترتیب، دانشمندان با مطالعه سایر اجرام منظومه شمسی می‌توانند اطلاعات بیشتری در مورد تاریخ اولیه و سن کره زمین بدست آورند.

نزدیکترین جسم به زمین یعنی کره ماه، با فرآیندهای متفاوتی که زمین تاکنون تجربه کرده روبرو نمی‌شود. به این ترتیب، سنگ‌های موجود روی سطح ماه متعلق به همان لحظات اولیه شکل‌گیری این کره هستند. نمونه‌های برگشتی از ماموریت‌هایی همچون آپولو و لونا نشان داد که سن کره ماه در حدود 4.4 تا 4.5 میلیارد سال است. این عدد می‌تواند به تعیین تقریبی سن کره زمین کمک کند. البته نحوه و زمان شکل‌گیری کره ماه سالهاست که مورد بحث است. در حالیکه نظریه غالب برای توضیح نحوه شکل‌گیری ماه، بر برخورد یک جسم با اندازه مریخ به کره زمین و ترکیب شدن قطعات پراکنده شدن و در نهایت ساخته شدن ماه دلالت دارد، نظریه‌های دیگر نشان می‌دهند که ماه پیش از زمین شکل گرفته است.

علاوه بر اجسام بزرگ منظومه شمسی، دانشمندان سنگ‌های کوچکی که روی زمین سقوط کرده‌اند را نیز مورد بررسی قرار داده‌اند. شهاب سنگ‌ها از منابع مختلف سرچشمه می‌گیرند. برخی از آن‌ها پس از برخورد شدید از سیارات دیگر به سمت فضای بیرونی پرتاب می‌شوند. این درحالی است که برخی دیگر از شهاب سنگ‌ها، قطعات باقی‌مانده از منظومه شمسی هستند که هرگز فرصت رشد تا به حدی که بتوانند جسم منسجمی باشند را نیافته‌اند.

اگرچه تاکنون هیچ سنگی از مریخ به صورت عمد به زمین بازگردانده نشده، اما نمونه‌هایی به شکل شهاب سنگ به سطح زمین رسیده‌اند. این سنگ‌ها که مدت‌ها پیش سقوط کرده‌اند، به دانشمندان اجازه می‌دهند با تخمین سن سنگ، سن سیاره سرخ را نیز حدس بزنند. قدمت برخی از این نمونه‌ها به 4.5 میلیارد سال پیش تعلق دارند. این نتایج از محاسبات مرتبط با تاریخ اولیه تشکیل سیاره سرخ پشتیبانی می‌کنند.

تاکنون بیش از 70 شهاب سنگ روی کره زمین سقوط کرده‌اند. محاسبات انجام شده در روش رادیومتری نشان می‌دهد که قدیمی‌ترین آن‌ها دارای سنی در حدود 4.4 تا 4.5 میلیارد سال است.

به عنوان مثال، در حدود پنجاه هزار سال پیش تخته سنگ بزرگی از فضا به زمین برخورد کرد و دهانه شهابی را در منطقه Arizona شکل داد. تکه‌هایی از آن سیارک از لبه دهانه حفره ایجاد شده، جمع‌آوری شده‌اند و Diablo نام گرفته‌اند. این نامگذاری به علت نزدیکی محل برخورد تخته سنگ با منطقه Diablo است. شهاب سنگ Canyon Diablo از آن جهت اهمیت دارد که نمایانگر دسته‌ای از شهاب سنگ‌ها با اجزایی است که امکان مطالعات بیشتر در زمینه سنگ‌شناسی را برای دانشمندان فراهم می‌کند.

در سال 1953 یک ژئوشیمی‌دان مشهور در موسسه فناوری کالیفرنیا «کلر کامرون پترسون»، دست به اندازه‌گیری نسبت ایزوتوپ‌های سرب در نمونه شهاب سنگ‌های موجود زد. این اندازه‌گیری قید محکمی بر سن زمین می‌گذارد. شهاب‌ سنگ‌هایی که او مورد مطالعه قرار داد، در بازه سنی 4.53 تا 4.58 میلیارد سال بودند. دانشمندان این بازه را به عنوان محدوده زمانی تکامل منظومه شمسی می‌شناسند. تکامل منظومه شمسی یک رویداد تدریجی است که در حدود 50 میلیون سال رخ داد.

در نهایت دانشمندان توانسته‌اند نه تنها با استفاده از سنگ‌های موجود روی کره زمین، بلکه به کمک اطلاعات جمع‌آوری شده از منظومه‌ای که کره ما درون آن قرار دارد، سن زمین را در حدود 4.54 میلیارد سال تعیین کنند.