زمین ما چند ساله است؟

زمین آن‎قدر واژه شنیده شده و پر تکراری است که ممکن است خیلی کم پیش بیاید که واقعا فکر ما را درگیر خودش کند. آبی است و دریاها و اقیانوس‎های زیادی دارد و خشکی‏هایی که محل زندگی‏ماست. شاید اگر کمی بیشتر هم فکر کنیم، بگوییم فعلا تنها زیستگاهی است که در فضا می‎شناسیم.

چهره زمین در ذهن ما معتدل و آبی است در حالی که همیشه این‌طور نبوده است، سیاره آبی ما روزگار عجیبی داشته، دورانی را به خود دیده که همه چیز در آن مذاب بوده و دمای سطحی‎اش سر به‏ فلک می‎گذاشته و روزهایی را از سر گذرانده که به عصر یخبندان معروف بوده است و موجودات زنده‎ زیادی در آن منجمد شده و در نهایت از بین رفته‏اند. سال‎ها قبل از این‌که ما روی این سیاره زندگی کنیم از وقتی که هیچ موجود زنده‎ای روی زمین وجود نداشته است تا زمانی که دایناسورها، خزنده‎ها و پرنده‎ها به وجود آمدند در خاطر زمین ثبت شده است و حالا وقتی بین خطوط زیر زمینی مترو یا توی آسانسورهای برج‎های بلند جابه‌جا می‎شویم حتی تصور چنین روزهایی برای‏مان حیرت‏آور است.

سیاره آبی ما چه مدت این همه تغییر کرده است؟ این تغییرات از چه زمانی آغاز شده است؟ اصلا زمین چند ساله است؟ آیا واقعا شواهدی وجود دارد که با کمکش بتوان سن زمین را دقیق حدس زد؟ اولین خانه بشر چند وقت است که توی فضاست؟ این‏ها پرسش‎هایی است که سه قرن ذهن انسان را درگیر کرده بود و چندین دانشمند و محقق عمر و زندگی خود را صرف پیدا کردن پاسخ این معما کردند، در این پرونده نگاهی داریم به این تلاش‏ها و لحظات شیرین یافتن پاسخ این پرسش کهن.

۶ سکانس تا کشف سن زمین

سکانس اول

 کمک گرفتن از میزان شوری آب دریا!

اولین تلاش‎ها مربوط به «ادموند هالی» منجم انگلیسی بود که سال ۱۷۱۵ روشی را برای محاسبه سن زمین ارائه داد. او می‎گفت اگر مقدار شوری آب دریاها را محاسبه و همین کار را ۱۰ سال دیگر تکرار کنیم، با محاسبه مقدار افزایش شوری آب در ۱۰ سال می‎توانیم زمان لازم برای شوری آب فعلی دریاها را به دست بیاوریم. این روش شاید به نظر منطقی می‏آمد ولی سال‏ها زمان می‏برد تا محققان ابزار درستی برای اندازه‏گیری شوری آب داشته باشند و بتوانند مقدار نمک دریا را در زمان‌های مختلف اندازه‌گیری و با هم مقایسه کنند.

اواخر قرن نوزدهم و با پیشرفت علم شیمی به فکر تجزیه آب رودخانه‎ها افتادند تا ببینند مقدار سدیمی که در هر سال توسط رودخانه‎ها به دریاها اضافه می‎شود، چقدر است؟ با این روش آن‎ها توانستند زمان لازم برای رسیدن به مقدار سدیمی را که امروزه در آب دریاهاست به دست بیاورند. نتیجه این شد که از اولین روزی که آب روی سطح زمین متراکم شد،  ۹۰ میلیون سال می‎گذرد. اما این روش سن واقعی زمین را نشان نمی‎داد، چرا؟ چون هالی فرض می‎کرد سدیمی که میان آب دریا و سنگ‎های پوسته کره زمین در جابه‌جایی است قابل چشم‌پوشی است برای همین نتوانست با این روش سن زمین را حساب کند.

سکانس دوم

 آیا زمین، تکه‌ای از خورشید است؟

«ژرژ لوییس بوفون» بر اساس اطلاعات نجومی که به دست آورده بود می‎گفت زمین و سیاره‎های دیگر باید تکه‏هایی از خورشید باشند که از آن جدا شدند و اوایل به شکل مذاب بودند و آرام آرام سرد شدند. او می‏گفت می‏توانیم در آزمایشگاه زمان فرایند سرد شدن موادی از جنس سنگ و آهن را از حالت مذاب محاسبه کنیم تا به سن زمین برسیم. او کره‏هایی می‏ساخت و زمان سرد شدن‎شان را اندازه می‏گرفت و بعد نتایج را به ابعاد زمین تعمیم می‏ داد. نتیجه کارهایش را در سال ۱۷۷۵ منتشر کرد و سن زمین را برابر ۷۴۸۳۲ سال تخمین زد.

با این که بوفون چنین عددی به دست آورد اما خودش هم یک جورهایی حس می‏ کرد سن زمین بیشتر از این حرف‏ هاست. سال ۱۸۶۲ «تامسون» که یک فیزیکدان معروف بود، با یک سخنرانی جدی به زمین شناس‏ها و روش‏هایی که برای محاسبه زمین داشتند، حمله کرد و گفت؛ واضح است که اگر دمای ذوب سنگ‏ها و زمان لازم برای سرد شدن‌شان مشخص بود، محاسبه زمانی که طول کشیده است پوسته زمین سرد بشود هم ممکن بود ولی این اطلاعات فعلا برایمان نامشخص است. او عددهای مختلفی را تخمین زد که ۲۰ تا ۴۰ میلیون سال آخرین حدسش بود.

سکانس سوم

کشف راز درون اتم‌ها، سن زمین را لو نداد!

یک آزمایش باعث شد خیلی ‏ها نگاه تازه‏ای به روش محاسبه سن زمین پیدا کنند و آن چیزی نبود جز کشف خاصیت پرتوزایی. خاصیت پرتوزایی توسط ماری کوری در سال ۱۸۹۵ کشف شد و چند سال بعد با کشف الکترون (ذره بنیادی در داخل اتم)، بشر به اطلاعات جالبی دست یافت که احتمالا قرار بود ما را به پاسخ سوال‏مان نزدیک کند.

تا آن زمان شیمی ‏دان‏ها عناصر مختلفی را می‏شناختند و «مَندلیُف» جدول تناوبی عنصرها را نوشته بود و مردم هم می‌دانستند که مثلا اکسیژن، مس، آهن و هلیوم چه تفاوت‏های کلی با هم دارند اما چیزی که تاریخ علم را تکانی اساسی داد، این بود که «رادرفورد» اعلام کرد در فرایندی به نام «واپاشی»، یک عنصر به عنصری دیگر تبدیل و در بعضی از این فرایندها انرژی به شکل گرما آزاد می‏ شود. این‌جا بود که خیلی‎ها یاد حرف کلوین افتادند که می‏گفت زمین از کره‏ای مذاب به شکل امروزی در آمده و این فرایند بر اثر سرد شدن رخ داده است اما چیزی که کلوین آن زمان درباره‌اش نمی‏دانست این بود که عنصرهای پرتوزایی که درون زمین بودند، گرما تولید می‏کردند و در نتیجه فرایند سرد شدن زمین مذاب را به تاخیر می‏انداختند.

سکانس چهارم

آیاسن یک سنگ، نشان‌دهنده سن زمین است؟

با کشف پرتوزایی و ماجراهای بعد از آن تعیین سن سنگ‎ها کار سختی نبود. وقتی عنصری مثل اورانیوم واپاشی می‏کرد، هلیوم به دست می‏آمد و اگر می‏شد نرخ تولید هلیوم را به دست آورد با اندازه‏گیری مقدار هلیوم و اورانیومی که در سنگ بود، زمان لازم برای جمع شدن هلیوم به دست می‏آمد و خب خیلی ساده سن سنگ پیدا می‏شد. رادرفورد توانست سن یک سنگ را با کمک همین روش واپاشی پرتوزا محاسبه کند و به عددی نزدیک به تخمین کلوین رسید؛ ۴۰ میلیون سال! البته این فقط عمر یک سنگ بود و هزاران سوال جدید را به وجود می‏آورد. آیا می‏شد این سنگ را نماینده سنگ‏های زمین دانست و از روی آن سن کلی زمین را تخمین زد؟ چند سال گذشت و زمین شناس‏ها، شیمی‏دان‏ها و فیزیکدان‏ها همچنان داشتند روش‏های مختلف را بررسی می‏کردند و با آزمایش روی سنگ‏ها بالاخره متوجه شدند که سرب زیادی در آن‏ها وجود دارد. محصول نهایی واپاشی اورانیوم سرب است پس این یعنی سن یک سنگ زمانی دقیق است که مقدار سرب آن را اندازه بگیرند با این روش سن زمین به چیزی در حدود یک میلیون و ۶۴۰ سال می‏رسید!

سکانس پنجم

بیشترین سن محاسبه شده برای زمین

در ادامه فیزیکدان‎ها روش‎های جدید و دقیق‎تری برای محاسبه سن سنگ با روش سرب را امتحان کردند و «آلفرد نی‎یر» به عدد دو میلیون و ۴۸۰ سال رسید. همین وقت‏ها «ادوین هابل» که یک اخترشناس معروف بود، سن جهان را ۱۸۰۰ میلیون سال تخمین زده بود و نی‎یر گفت که نمی‎شود سن جهان از سن زمین کمتر باشد، پس این تخمین اشتباه است. «آرتور هلمز» فیزیکدان بود و از وقتی ماجرای سوال بزرگ درباره سن زمین ذهنش را درگیر کرده بود، تصمیم گرفت زمین‏شناسی هم بخواند تا بهتر بتواند به پاسخ سوالش برسد او از روش‏ های مختلف تعیین سن سنگ‏ها به عدد سه هزار میلیون سال رسید، عددی که تا مدت‏ها بیشترین سن محاسبه شده برای زمین ماند.

سکانس ششم

شهاب‌سنگ‏ها، راه‌حل نهایی

سنگ‏های روی زمین با هم یک فرق‌اساسی داشتند و تا مدت‏ها این به فکر خیلی از محقق‏ها نرسیده بود. بعضی از سنگ‎ها، شهاب‎سنگ بودند که از جو رد شده و مهمان سیاره ما شده بودند. شهاب‎سنگ‏ها احتمالا حرف‏های تازه‏ای برای مان داشتند پس پای اخترشناس‏ها هم بیش از پیش به قضیه باز شد. «کلیر پترسون» با همکاری اخترشناس‏های مختلف با شناسایی مقدار سرب توی شهاب‌سنگ‏ها به عددی عجیب و باورنکردنی رسید. چهار میلیارد و ۵۰۰ میلیون سال!از زمانی که یک  اسقف این سوال را مطرح کرد ، ۳۰۰ سال طول کشید که یکی از مهم‏ترین سوال‎های بشر به دست آدم‏های زیادی به پاسخش برسد. دانش نجوم می‏گوید که تمام سیارات منظومه شمسی تقریبا با تقریب خوبی همزمان با هم شکل گرفتند. یکی دیگر از روش‏هایی که کمک کرده است تا درباره عدد به دست آمده درباره قدمت زمین اطمینان داشته باشیم، محاسبه طول عمر سنگ‏هایی است که فضانوردان از ماه به زمین آوردند و با آزمایش آن‏ها به همان عدد چهار میلیارد و ۵۰۰ میلیون سال می‎رسیم.

نویسنده : مریم ملی | دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد اختر فیزیک