Vârsta Pământului

Pentru a calcula vârsta Pământului, geochimistul Harrison Scott Brown i-a propus unui student, Clair Cameron Patterson, să participe alături de el la cercetarea în domeniul metodelor de datare radioactivă, mai precis să se ocupe de problemele legate de plumb, de separarea izotopilor și măsurarea lor; iar unui alt student, George Tilton, i-a dat sarcina de a găsi metode pentru determinarea vârstei mineralelor de zircon în funcție de cantitățile de uraniu și de plumb. După cum se știa deja în 1950, Pământul conținea diverși izotopi de plumb, unii radiogeni (rezultați în urma radioactivității), iar unul nu. O parte din plumb era primar (prezent la formarea Pământului), dar cercetătorii nu știau care este compoziția izotopică a acestui plumb, ceea ce  îi împiedica să calculeze vârsta Pământului. Brown si-a dat seama că soluția la această problemă o reprezintă meteoriții de fier, care conțineau plumb, dar nu și uraniu, și în consecință plumbul trebuie să fi fost prezent la formarea sistemului solar și al Pământului. Browm împreună cu Patterson au reușit apoi să izoleze plumbul primitiv din meteoritul de la Canyon Diablo, care s-a prăbușit acum 50.000 ani, și l-au analizat la spectrometrul Universității din Chicago. După ce a aflat compoziția, Patterson a luat un creion și o hârtie și a făcut calculele, obținând 4,5 miliarde de ani. În luna septembrie din același an (1953), a participat la o conferință unde a anunțat pentru prima dată în mod oficial că vârsta Pământului este între 4,51 și 4,57 miliarde de ani. Au urmat apoi multe alte confirmări ale acestei vârste, care a rămas valabilă până în prezent, când este cunoscută cu o precizie un pic mai mare: 4,54 miliarde de ani.

Datarea radioactivă

Oamenii de ştiinţă au estimat vârsta planetei noastre încă cu sute de ani în urmă. Însă toate estimările făcute înainte de secolul XX nu au reprezentat mai mult decât simple presupuneri care nu aveau la bază date ştiinţifice solide. În 1907, Bertram Boltwood a imaginat şi pus în practică prima modalitate de a calcula vârsta rocilor folosindu-se de descoperirile din fizica acelor vremuri şi anume de descompunerea radioactivă a anumitor elemente chimice întâlnite în natură.

Cum unele roci s-au format la puţin timp, geologic vorbind, după apariţia planetei Pământ, stabilirea vârstei acestor roci a însemnat în acelaşi timp prima estimare rezonabilă, pe baze ştiinţifice, a vârstei Pământului. Descoperirile lui  Boltwood au permis totodată oamenilor de ştiinţă să dateze diferitele straturi de roci din compoziţia crustei Terrei. Au fost ulterior dezvoltate tehnici de datarea vârstei plantelor, documentelor vechi, construcţiilor antice etc.

Radioactivitatea a fost descoperită de către Marie Curie la sfârşitul secolului XIX. În 1902, Frederick Soddy (care ulterior a descoperit existenţa izotopilor - elemente chimice având aceleaşi proprietăţi fizico-chimice, dar masă atomică diferită) şi Ernest Rutherford au descoperit împreună că uraniul şi toriul se descompun în alte elemente la o rată constantă (adică întotdeauna este nevoie de aceeaşi perioadă pentru ca dintr-o anumită cantitate de uraniu radioactiv jumătate să se descompună în alte elemente chimice. Timpul necesar se numeşteperioadă de înjumătăţire). Ei au mai descoperit şi faptul că aceste două elemente radioactivesuferă procesul de fisiune nucleară (adică

se descompun radioactiv), transformându-se în alte elemente chimice într-o secvenţă fixă, adică dau naştere mereu prin procesul de fisiune aceloraşi alte elemente chimice.

Bertram Boltwood s-a născut în 1870 în Amherst, Massachusetts. A studiat şi mai apoi a predat fizica la Universitatea Yale. Implicat în diverse proiecte de cercetare în 1905, Boltwood a remarcat că în compoziţia mineralelor care conţin uraniu şi toriu se găseşte mereu şi un alt element chimic,plumbul. A studiat multe mostre de minerale şi a constatat că odată cu vârsta estimată a rocii creşte şi cantitatea de plumb din compoziţia ei. De asemenea, cantitatea de uraniu scade. Boltwood a concluzionat că seria de procese de fisiune începută de descompunerea uraniului are ca finalitate apariţia plumbului (descompunerea radioactivă a uraniului constă într-o transformare succesivă în alte elemente radioactive, care se dezagregă la rându-le, la finalul procesului rezultândplumb, care nu este un element radioactiv). A studiat procesul similar şi în cazul toriului, ajungând la aceleaşi concluzii.

Boltwood a presupus că, din moment ce uraniul şi toriul se descompun cu o viteză constantă, dată de perioada de înjumătăţire caracteristică fiecărui element în parte, ar trebui să fie posibil ca, pe baza cantităţilor de material radioactiv şi de plumb prezente în mineralele studiate, să poată determina vechimea rocilor, adică momentul din care descompunerea radioactivă a început. În cadrul testelor efectuate el a folosit un contor Geiger-Muller (detector de radiaţii emise în momentulfisiunii nucleare) pentru a estima câţi atomi de uraniu se descompun în fiecare minut şi unspectrometru de masă rudimentar cu care a estimat cantitatea din fiecare element chimic prezent în mostrele folosite. Ştiind cât plumb şi cât uraniu există la momentul măsurătorilor în mostra folosită, ştiind cât de repede se descompune uraniul şi cunoscând şi perioada de înjumătăţire aizotopului de uraniu din compoziţia mineralului analizat, Boltwood a putut calcula de când se petrecea fenomenul de descompunere radioactivă în roca studiată. Adică practic vârsta mineralului.

În 1907 Boltwood a publicat calculele prin care determinase vârstele a 10 mostre de roci. În toate cazurile a fost vorba de cifre care depăşeau cu mult (de zeci, chiar sute de ori mai mari) estimările privind vârsta mineralelor respective acceptate în acel moment în comunitatea ştiinţifică. Boltwooda estimat vârsta Pământului la 2,2 miliarde de ani (mai mică decât ceea ce ştim astăzi, 4.5 miliarde ani, dar de 10 ori mai mare decât estimările de la vremea respectivă). În 1947 chimistul american Willard Libby a realizat că recent descoperitul, pe atunci, izotop 14 al atomului de carbon, ar putea fi folosit pentru a data fosilele şi rămăşiţele de plante, în acelaşi mod în care uraniul fusese folosit la datarea rocilor. Ulterior metoda lui Libby a fost utilizată şi pentru datarea documentelor vechi.

Szasz ErikaClasa XII A