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
- 19
- 5
