Hvor gammel er jorda?

Opp gjennom historien har menneskenes oppfatning av jorda endret seg kolossalt. På knappe fire hundre år har jorda blitt 4,5 milliarder år eldre.

1650: Bibelen bestemte alderen

Jordas alder er noe folk har lurt på lenge. I den kristne delen av verden var det lenge ganske greit. Man la bare sammen alle generasjonene i Bibelen tilbake til Adam, sammenlignet litt med egyptisk historie, og kom til at jorda ble skapt i kveldingen 22. oktober år 4004 før Kristus. Dette var biskop Usshers metode i 1650, men mange andre prøvde seg før og etter han, og overraskende nok kom de til noe forskjellige datoer og årstall alle sammen … Men alle konkluderte med at jorda er veldig ung.

1669: Alle lag med stein like gamle?

Mange teologer strevde med fossilene som ble funnet rundt i Europa. Var de alle skapninger som døde under syndefloden? Var altså alle lagene med fossiler like gamle? Her var dansken Niels Stensen forut for sin tid. I 1669 formulerte han prinsippet om at det som ligger underst er eldre enn det som ligger oppå. Dette forandret sakte synet på lagene med fossiler – kanskje hadde ikke alle dyr og planter dødd samtidig?

Niels Stensen formulerte i 1669 prinsippet om at fossillag som ligger under er eldre enn lag som ligger over. Niels Stensen formulerte i 1669 prinsippet om at fossillag som ligger under er eldre enn lag som ligger over.

1859: Nedslitingen av fjell fortalte om en eldre jord

Da Darwin ga ut boken om artenes opprinnelse i 1859, så han fossilene som viktige bevis på at livet på jorda hadde forandret seg gjennom tidene. Men de store endringene i livets utvikling som han mente gikk veldig sakte, ville tatt lenger tid enn det naturforskere på den tiden regnet for jordas alder. Darwin prøvde å legge sammen alle lagene som var avsatt med fossiler i og si noe om hvor lang tid det ville tatt å lage denne stabelen med lag. Men ingen steder på jorda var stabelen komplett. Derfor forsøkte han, som James Hutton i 1785, å regne ut alder ved hjelp av å studere nedslitingen (erosjonen) av fjell og hvor lang tid det tar, og regnet ut at for Weald i England ville det tatt 300 millioner år.

1862: Fysikerne brukte nedkjøling til å beregne alderen

Fysikerne var mer opptatt av hvor raskt sola og jorda ble kjølt ned. Siden 1600-tallet var det observert at i gruver stiger temperaturen jo dypere man kommer, og vulkaner hadde jo smeltet stein i seg. Sammen ble disse observasjonene sett som bevis på at det indre av jorda var glødende – og kanskje hadde hele jorda vært glødende en gang? Isaac Newton på 1600-tallet og Georges-Luis Leclerc Comte de Buffon på 1700-tallet hadde begge ideer om at jordas alder kunne beregnes ut fra nedkjølingshastigheten til en glødende jernkule som var like stor som jorda. Newton kom til rundt 50 000 år, mens Buffon kom til nesten 75 000 år. Dette var også William Thompson opptatt av på 1800-tallet. Han var et barnegeni som begynte på universitetet som tiåring og ble professor som 22-åring. Hans interesse var termodynamikk – altså hvordan varme og energi hører sammen. Først forsøkte han å beregne hvor lenge sola hadde avgitt lys og varme, og kom til omtrent 20 millioner år. Så fortsatte han med jorda, og mente at hvis den hadde vært glødende en gang og sakte kjølt seg ned, har dette tatt mellom 20 og 400 millioner år. Senere mente han at det måtte begrenses til først 100 millioner år, og så til slutt 25 millioner år med fast jordoverflate. For disse og mange andre arbeider ble han adlet i 1866 og fikk navnet Lord Kelvin. I dag er Kelvin-temperaturskalaen oppkalt etter han.

1899: Salt i hav kan brukes til å beregne alder

John Joly prøvde å regne seg ut til hvor lang tid det vil ta å få havene så salte som de er i dag ved å løse ut saltet fra bergartene. Disse diskusjonene bølget fram og tilbake med forskere som foreslo alt fra noen få millioner år til 15 milliarder år, basert på forskjellige metoder. Joly selv var ganske forsiktig og foreslo først 100 millioner år, så senere 300 millioner år.

1903: Radioaktivitet som varmekilde gjør beregningen mer komplisert

Men kunne jorda være eldre enn sola? Ingen trodde det, men Lord Kelvin var en formidabel størrelse i naturvitenskapen, og kanskje var det derfor få som turte å si han imot. En stor feil i Kelvins modell for hvordan varme transporteres i jorda ble påpekt allerede i 1895 av en av hans tidligere assistenter, men ble ikke godtatt før mye senere. Noen flere spede forsøk på kritikk ble gjort, men det var først da radioaktiviteten ble oppdaget at Kelvins beregninger ble satt på avgjørende prøve. I 1903 oppdaget to ulike forskergrupper, Pierre Curie og Albert Laborde, og Ernest Rutherford og Frederick Soddy, at radioaktivitet dannet varmeenergi. Dette var en varmekilde Kelvin ikke hadde med i sine beregninger, og som gjorde at jorda og sola kunne være mye eldre. Kelvin aksepterte aldri dette, og mente at radioaktivitet ikke kunne danne nok varmeenergi i jorda og i hvert fall ikke i sola. Dette hadde han rett i, og først i 1930-årene da fusjon ble oppdaget som den energikilden som lager varmeenergien på sola, kunne beregningene av solas alder ta hensyn til dette.

1907: Direkte datering av jorda

Samme året som Lord Kelvin dør, i 1907, ble metoden som til i dag er den mest brukte dateringsteknikken i geologi, publisert. Bertram Boltwood fant at radioaktive isotoper av uran blir til bly. Forholdet mellom hvor mye uran og hvor mye bly det er i radioaktive mineraler i bergarter kan brukes til å beregne hvor lenge det er siden bergartene ble dannet. Som alt annet nytt ble han møtt med mye skepsis. Hans beregnede aldre på radioaktive mineraler i bergartene var opptil 2,2 milliarder år!

1911: Norges mineraler blir viktige for å beregne alderen

Norske geologer med Waldemar C. Brøgger i spissen hadde på slutten av 1800-tallet forsket på mineraler fra Østfold, Vestfold og Aust-Agder. Mange av mineralene inneholdt mye uran og viste seg å være radioaktive. Mineralene ble nå omfattet av en ny interesse. Kunne de brukes til å beregne jordas alder? Den nest eldste alderen Boltwood fikk i sin studie, var på mineralet uraninitt fra Ånnerød i Østfold, hele 1,7 milliarder år. Men han baserte seg bare på andres målinger av bly og uran og satte dem ikke i sammenheng med den geologiske tidsskalaen. Gode beskrivelser av norsk geologi førte til at den første testen på om radioaktive mineraler kunne brukes som sikre tidtakere, ble utført på en norsk bergart. Det var den unge geologistudenten Arthur Holmes som først fikk ideen. Han fikk hjelp av Brøgger til å finne 15 forskjellige radioaktive mineraler i samme bergart ved Brevik. Denne bergarten inneholder veldig lite opprinnelig bly, men mer uran. Han analyserte alle mineralene som da burde gi samme alder i uran/bly-forholdet. Det fungerte! Holmes var ennå bare en laveregradsstudent da han gjennomførte den første testen som bekreftet at Boltwoods metode kan brukes til å bestemme en bergarts alder. Dette arbeidet publiserte han i 1911. Det var beviset for at produktene av radioaktivitet kunne brukes til datering i geologien. Holmes korrigerte også Boltwoods resultater og satte alle aldrene inn i de geologiske periodene som bergartene var fra. Dermed fikk han de første absolutte aldrene for mange av de geologiske tidsperiodene. Disse er bare så vidt justert i dag.. Den første som gjennomførte aldersdateringer i Norge, var Ellen Gleditsch i 1919 og 1922. Hun var en tidligere elev av Marie Curie i perioden 1907–12 og av Bertram Boltwood i 1913, og en nær venn av Ernest Rutherford.

Nefelinsyenitt fra Langesund. Foto: Rune S. Selbekk, NHM/UiO Nefelinsyenitt fra Langesund. Foto: Rune S. Selbekk, NHM/UiO

1956: Jordas alder

Et mye vanskeligere spørsmål var: Hvor gammel er jorda? Å finne de eldste bergartene på jorda tar lang tid. Jorda er i endring hele tiden, fjell dannes og slites ned, avsetninger smeltes i dypet. Så den eldste bergarten på jorda som de kunne finne, ville bare gi en minimumsalder. Det kunne jo ha eksistert eldre bergarter som seinere er slitt vekk. Spørsmålet som meldte seg var også hva slags blyisotoper som fantes ved jordas dannelse. For å finne ut av det trengte forskerne et mineral med bly som alltid hadde vært bly, og ikke bly som hadde blitt til ved radioaktiv nedbrytning av uran. Meteoritter var svaret. Her var det et mineral som heter troilitt som inneholder bly, men veldig lite uran. Da Clair Patterson analyserte innholdet av blyisotoper i meteoritter og sammenlignet med forholdet av blyisotoper på jorda i dag (som både stammer fra radioaktiv nedbrytning av uran og fra bly som har vært bly hele tiden), kom han til en alder på 4,55 milliarder år. Denne alderen har senere blitt litt justert, men metoden holder fortsatt. I dag kjenner vi funn av mineralet zirkon fra Australia som er 4,4 milliarder år gamle.

Referanser (alle finnes online)

  • Boltwood, B. 1907. The Ultimate Disintegration Products of the Radio-active Elements. Part II. The disintegration products of uranium. American Journal of Science 4:23, 77–88.
  • Curie, Pierre og Laborde, A. 1903. Sur la chaleur dégagée spontanément par les sels de radium. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris 136, 673-5.
  • Darwin, C. 1859. On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. John Murray, London. 502 sider.
  • Gleditsch, E. 1919. Études sur les minéraux radioactifs, I: La broeggerite. Archiv for mathematik og naturvidenskab 36, 3-84.
  • Gleditsch, E. 1922. L’âge des minéraux d’après la théorie de la radioactivité. Bulletin de la Société Chimique de France 31, 351-372.
  • Holmes, A. 1911. The Association of Lead with Uranium in Rock-Minerals, and Its Application to the Measurement of Geological Time. Proceedings of the Royal Society, London. A 85, 248-256.
  • Hutton, J. 1785. Abstract of a dissertation read in the Royal Society of Edinburgh, upon the seventh of March, and fourth of April, MDCCLXXXV, Concerning the System of the Earth, Its Duration, and Stability. Edinburgh. 30 sider.
  • Joly, J. 1899. An Estimate of the Geological Age of the Earth. Scientific Transactions of the Royal Dublin Society 7, 23-66.
  • Patterson, C. 1956. Age of meteorites and the Earth. Geochimica et Cosmochimica Acta 10(4), 230–237.
  • Rutherford, E. 1904. Radio-activity. University Press, Cambridge. 399 sider.
  • Rutherford, E. og Soddy, F. 1903. Radioactive change. Philosophical Magazine 5, 576-591.
  • Steensen, Niels. 1669. Nicolai Stenonis de Solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus : ad serenissimum Ferdinandum II. magnum Etruriae Ducem. Florentiae ex typographia sub signo Stellae. 78 sider.
  • Thompson (Lord Kelvin), W. 1862. On the Age of the Sun’s Heat. Macmillan's Magazine 5, 288-293.
  • Thompson (Lord Kelvin), W. 1864. On the Secular Cooling of the Earth. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, XXIII, 167-169. Read April 28, 1862.
  • Ussher, J. 1650. Annales Veteris Testamenti, a prima mundi origine deducti, una cum rerum Asiaticarum et Aegyptiacarum chronico, a temporis historici principio usque ad Maccabaicorum initia producto. London, 564 sider.

Tema