גיל כדור הארץ

גיל כדור הארץ הוא משך הזמן שעבר מהיווצרות כדור הארץ עד ימינו, והוא מוערך בכ-4.54 ± 0.05 מיליארד שנים. ההערכה מבוססת על תיארוך רדיומטרי של סלעים שנוצרו על כדור הארץ מתחילת ההיסטוריה שלו ושל מטאוריטים.

"הגולה הכחולה", צילום של כדור הארץ מהחללית אפולו 17 בשנת 1972

היסטוריה של המחקר

הערכות דתיות ומסורתיות

לפי המסורת היהודית והנוצרית, העולם כולו, ובכלל זה כדור הארץ נבראו לפני פחות מ-6000 שנה, כלומר בסביבות האלף הרביעי לפני הספירה וזאת על בסיס מהאילן היוחסין המתואר בספר בראשית. לפי היהדות המסורתית ולפי מניין השנים בלוח העברי כדור הארץ נוצר בשנת 3761 לפני הספירה. רוב הנצרות הפרוטסטנטית דגלה בכך שכדור הארץ והיקום נוצרו ב־4004 לפני הספירה, וזאת לפי כרונולוגיית אשר שפורסמה בשנת 1650 שנקבע על ידי הארכיבישוף ג'יימס אשר. ד"ר לייטפוט , סגן-הקנצלר של אוניברסיטת קיימברידג', שקיבל את התאריך הזה לבריאה, חשב שמחקר מדוקדק של בראשית מאפשר דיוק גדול עוד יותר; לדבריו בריאת האדם, לדבריו, התרחשה בשעה 9 בבוקר ב-23 באוקטובר. והוגים דתיים שונים קבעו תאריכים שונים אבל ערעור על רעיונות אלה נחשב בגדר כפירה והדבר היה עלול להסתיים בעונשים כמו נידוי.

במשך אלפי שנים, ועד להתפחות הגאולוגיה המדעית המודרנית היה מקובל גם לחשוב כי כדור הארץ כפי שאנו רואים אותו כיום - עם כל ההרים שלו והימים שלו, נוצרו כולם עם בריאת העולם ולא עברו שום שינוי משמעותי מאז. גם ערעור על הנחה זו היה עלול להוביל לנידוי מצד כהני הדת.

מחקרים מדעיים קדומים

מחקרים על שכבות – ריבוד של סלעים ואדמה – נתנו לחוקרי טבע הערכה לכך שכדור הארץ עבר שינויים רבים במהלך קיומו. שכבות אלה הכילו לעיתים קרובות שרידים מאובנים של יצורים לא ידועים, מה שהוביל חלקם לפרשנות לפי קיימת התפתחות, או בלשון מודרנית, אבולוציה, של אורגניזמים משכבה לשכבה.

במאה ה-17 ניקולאוס סטנו היה אחד מחוקרי הטבע הראשונים שהעריכו את הקשר בין שרידי מאובנים לשכבות. תצפיותיו הובילו אותו לנסח מושגים סטרטיגרפיים חשובים כמו "חוק הסופרפוזיציה" ו"עקרון האופקיות המקורית"). בשנות ה-90 של המאה ה-17, שיער ויליאם סמית שאם שתי שכבות של סלע במקומות שונים בתכלית מכילות מאובנים דומים, אז סביר מאוד שהשכבות באותו גיל. אחיינו ותלמידו של סמית', ג'ון פיליפס, חישב מאוחר יותר באמצעים כאלה שכדור הארץ היה בן כ-96 מיליון שנה.

הערכותיו של דה בופון

הרוזן דה-בופון, חוקר הטבע הגדול, תיאר בספרו Natural History (1749), אפשרות שההרים והעמיק הקיימים בכדור הארץ השתנו עם הזמן. הפקולטה התאולוגית של הסורבון בפריז הכריזה על טענה זו כמו גם על טענות אחרות בספר כי הן "ניתנות לגינוי, ומנוגדות לאמונה של הכנסייה". בופון חשש מעימות עם הסורבון. הוא חזר בו, והיה חייב לפרסם את ההודאה הבאה: "אני מצהיר שלא הייתה לי כוונה לסתור את נוסח כתבי הקודש; שאני מאמין בנחישות שכל מה שקשור בו על הבריאה, הן באשר לסדר הזמן והן בעניין העובדתי; אני נוטש את כל מה שבספר שלי שמכבד את היווצרות כדור הארץ, ובאופן כללי, כל מה שעשוי להיות מנוגד לסיפורו של משה".

דה בופון הניח כי כדור הארץ נוצר כתוצאה מהתגבשות של אבק בין כוכבי בהשפעת הכבידה, וכי הפלנטה שלנו הייתה בתחילתה מסה לוהטת של ברזל. ב-1778 דה בופן ניסה להעריך את גיל כדור הארץ באמצעות ניסוי: הוא יצק כדורי ברזל בגדלים שונים, חימם אותם עד לנקודת ההתכה ואז מדד כמה זמן לקח להם להתקרר. ממדידה זו הוא הסיק כמה זמן לקח לכדור בגודלו של כדור הארץ להתקרר לטמפרטורה הנוכחית. מכאן הוא הגיע למסקנה שכדור הארץ קיים 75,000 שנה.

באמצע המאה ה-18, חוקר הטבע מיכאיל לומונוסוב הציע שכדור הארץ נוצר בנפרד משאר היקום וכמה מאות אלפי שנים קודם לכן.

צ'ארלס לייל ו"עקרונות הגאולוגיה"

חוקרי טבע אחרים השתמשו בהשערות אלו כדי לבנות היסטוריה של כדור הארץ, אם כי קווי הזמן שלהם לא היו מדויקים מכיוון שהם לא ידעו כמה זמן נדרש להנחת שכבות סטרטיגרפיות. בשנת 1830, הגאולוג צ'ארלס לייל, פרסם את ספרו "עקרונות הגאולוגיה", בספר הוא העריך באופן תקדימי כי כדור הארץ הוא בן כמה מיליוני שנים. לייל פיתח רעיונות שנמצאו בעבודותיו של ג'יימס האטון, פרסם את התפיסה לפיה פני הקרקע של כדור הארץ נמצאים בשינוי מתמיד, נשחקים ומתחדשים ללא הרף, וקצב השינוי הזה היה איטי מאוד וקבוע פחות או יותר - דבר המכונה עקרונות האחידות. זה היה אתגר לתפיסה המסורתית, שראתה את ההיסטוריה של כדור הארץ כשולטת על ידי אסונות שמתרחשים מדי פעם. חוקרי טבע רבים הושפעו מליאל להפוך ל"אחידנים" שהאמינו שהשינויים הם קבועים ואחידים.

הוויכוח בין דרוויון לבין לורד קלווין

לייל השפיע בצורה משמעותית על חשיבתו של צ'ארלס דרווין. עקרונות האחידות של לייל, עזרו לעצב את הבנתו של דרווין את הגאולוגיה ובעקבות דבר זה גם היבטים חשובים בפיתוח תאוריית האבולוציה. ב-1859 פרסם דרווין את המהדורה הראשונה של ספרו המפורסם מוצא המינים. הספר היה פורץ דרך ואיים על התפיסה הבריאתנית ששלטה עד אז בקרב הציבור הרחב, והן בקרב וכן בקרב חוקרי טבע ומדענים רבים. בשונה מהתאוריה האבולוציונית של ז'אן בטיסט למארק, שטען כי יד מכוונת הדוחפת את כל היצורים החיים לעבר מורכבות גבוה יותר, דרווין קבע כי האבולוציה נדחפת בעיקר על ידי ברירה טבעית וללא גורם מכוון מרכזי. לפי התיאוריה של דרווין, תהליכי ההתפתחות של מינים חדשים הם איטיים מאוד, וצריכים לקחת זמן רב מאד. בהתבסס על המגוון הביולוגי והבנתו את תהליך האבולוציה הוא העריך כי כדור הארץ הו בן כמה מאות מיליוני שנים.

כשלוש שנים מאוחר יותר, פרסם הלורד קלווין את חישובו לגיל כדור הארץ. חישוב זה היה מנוגד הן לתורת האבולוציה הן לתאוריות גאולוגיות. בגרסתו המאוחרת והמדויקת ביותר העריך קלווין כי גיל כדור הארץ לא עולה על 10 מיליון שנה. היסטוריונים טוענים כי תאוריית האבולוציה של דרווין היא שדחפה את לורד קלווין לעבר מסקנה זו. קלווין, שהיה נוצרי אדוק, הסכים לקבל את גרסתו של למארק לאבולוציה, וגם תיאוריות נוספות של אבולוציה תאיסטית. עם זאת הוא התנגד לתורתו של דרווין ואת המסקנה העולה ממנה כי גם בני האדם נוצרנו בתהליכים אקראיים, ולא במעשה בריאה מכוון. קלווין, שכבר היה בעל שם בינלאומי בתקופה זו, התגייס למאמץ לנגח את התאוריה של דרוויון, בנימוק לפיו שכדור הארץ לא קיים די זמן ולכן אין אפשרות לקיום של ברירה טבעית אקראית ואיטית.

קלווין המשיך את החישוב לפי הניסויים של דה-בופון לגבי התקררות כדור לוהט, אך נעזר בתאוריה מתמטית מבוססת ובמדידות. הוא הניח שתהליך הקירור מתרחש בהולכת החום ממרכז כדור הארץ לפני השטח, וכי כדור הארץ התחיל כגוף מותך. הוא נעזר בתאוריה של החום שניסח ז'אן בטיסט ז'וזף פורייה המקשרת, בין השאר, בין שינוי הטמפרטורה במשך הזמן לבין שינוי הטמפרטורה במקום. במקרה של התקררות כדור הארץ, הקישור הוא בין שינוי הטמפרטורה מהיווצרות הארץ עד ימינו, להבדלים בין הטמפרטורות בנקודות שונות בעומק כדור הארץ. על סמך הבנה כיצד הטמפרטורה משתנה עם העומק, קלווין הסיק את הקצב שבו התקרר פנים כדור הארץ. על בסיס הערכה זו העריך שכדור הארץ הוא בן 10–40 מיליון שנה. קלווין ניצח את דרווין במערכה על גיל כדור הארץ. התאוריה שלו הייתה אלגנטית, מתמטית ועם טיעונים לוגיים אבל הייתה גם שגויה בגלל הנחות שגויות שהיו בבסיסה.

קלווין הניח כי כל החום היוצא מלב כדור הארץ מגיע אל קרום כדור הארץ בעקבות הולכת חום. בפועל כמות בלתי זניחה של חום מגיעה דרך הסעת חום. עם זאת הבעיה המרכזית בחישוב של קלווין הייתה שהוא נערך לפני שגילו כי בעומק כדור הארץ יש מקור חום נוסף של דעיכה רדיואקטיבית, שהתגלתה רק בסוף המאה ה-19. מקור כוח זה שמר את חומו של כדור הארץ למשך זמן רב הרבה יותר מאשר בחישוב של קלווין.

גיל כדור הארץ מול גיל היקום

בשנת 1929 חישב אדווין האבל את גודל היקום הידוע על סמך כוכבים שהם משתנים קפאידים. קיים קשר בין זמן מחזור הבהירות של משתנה קפאידי לבין הבהירות המוחלטת שלו ודבר זה מאפשר שימוש בהם כנרות תקניים למדידת מרחקים ביקום. בזכות הבהירות הגדולה שלהם הדבר אפשר להרחיב את מדידת המרחקים לטווחים שמעבר לשביל החלב. האבל חשב שיש סוג אחד של משתנים קפאידים ולכן הגיע לגודל יקום מסוים, תגלית זו אפשרה גם את חישוב גיל היקום שנחשב כבן כ-2-3 מילארדי שנים. אך דבר זה יצר קושי שכן כבר אז חישבו מדענים כי גיל כדור הארץ הוא 4.5 מיליארד שנים - עתיק יותר לכאורה מגיל היקום.

בשנת 1952 הפיזיקאי וולטר באד שעבד במצפה הר וילסון גילה כי קיימות מספר "אוכלוסיות" מובהקות לכוכבים (אוכלוסייה I ואוכלוסייה II) וכי יש שני סוגים של כוכבי משתנים קפאידים. באמצעות תגלית זו חישב מחדש את גודל היקום היקום הידוע, והכפיל את החישוב גודל היקום. במקביל תגלית זו גם הגדילה מאד את גיל היקום פי 2-4 ממה שנחשב עד אז. דבר זה גם פתר את הפרדוקס לכאורה של כדור ארץ עתיק יותר מגיל היקום..

גיל היקום, כ-13.77 מיליארדי שנים, עתיק בהרבה מכדור הארץ וממערכת השמש - דבר זה אפשר יצירה של יסודות כבדים (יחסית למימן והליום) הנמצאים בכדור הארץ - כמו פחמן, צורן או ברזל - בצורות שונות של נוקליאוסינתזה - נוקליאוסינתזה כוכבית ונוקליאוסינתזה של סופרנובה.

תיארוך רדיומטרי

ערך מורחב – תיארוך רדיומטרי

תיארוך רדיומטרי היא שיטה לתיארוך חומרים. השיטה מבוססת על ידיעת קצב הדעיכה הרדיואקטיבית של איזוטופים טבעיים, ושיעורו של קצב זה בעת המדידה. השיטה היא הבסיס העיקרי לקביעת גיל של סלעים, וכן ומהווה מקור מידע משמעותי ביותר לגבי קצב השינוי האבולוציוני.

סלעים, מטבעם, מכילים יסודות כימיים מגוונים. בסלעים המכילים איזוטופים רדיואקטיביים, תהליך הדעיכה הרדיואקטיבית יוצר יסודות שונים שאינם חלק מההרכב המקורי של הסלע. באמצעות מדידת ריכוז התוצרים היציבים של תהליכי הפירוק הרדיואקטיביים, ובידיעת זמן מחצית החיים, ניתן לחשב את משך הזמן שעבר מהיווצרות הסלע. שיטה טיפוסית לחישוב גיל סלעים מבוססת על התפרקות אשלגן-ארגון. בהנחה שהסלעים על פני כדור הארץ נוצרו לאחר היווצרות הכדור עצמו, חישוב גיל של סלעים מאפשר לחשב חסם תחתון לגיל כדור הארץ.

תיארוך דגימות גאולוגיות מכדור הארץ

תיארוך פשוט של דגימות גאולוגיות מכדור הארץ לא יכול לספק תיארוך מדויק כיוון שכדור הארץ עבר תהליכים ארוכים של ערבוב והיפרדות חומרים, שהשפיעו על ריכוזי האיזוטופים השונים לאחר ההיווצרות. על מנת לצמצם שגיאות אלה, ניתן להשתמש באיזוכרון – תיארוך המבוסס על כמה מינרלים שונים מאותה הדגימה. דגימות של המינרל גלנה שימשו לתיארוך איזוכרון של היווצרות כדור הארץ, כיוון שהן ככל הנראה המינרלים המוקדמים ביותר שנוצרו על פני כדור הארץ המאפשרים תיארוך מדויק. תיארוכים אלה קובעים את גיל כדור הארץ ל-4.55 מיליארד שנים.

תיארוך מטאוריטים

מטאוריטים שמקורם בדיסקה הקדם-פלנטרית של מערכת השמש נוצרו במקביל או מעט אחרי היווצרות כוכבי הלכת, ולכן תיארוך שלהם מאפשר חישוב מדויק יחסית של גיל כדור הארץ. תיארוך של מטאוריט שנמצא בקניון דיאבלו (Canyon Diablo meteorite) באריזונה המכיל סולפידים, סגסוגות ניקל-ברזל וסיליקטים, הניב גיל משוער של 4.55 מיליארד שנים.

ראו גם

• גיל היקום
• היווצרות מערכת השמש
• היסטוריה של הגאולוגיה

קישורים חיצוניים

• כדור הארץ (כוכב), גיל, דף שער בספרייה הלאומית