איך המדע יודע מה גיל כדור הארץ?

אשר

חתיכת אתגר. איך מתארכים את הסלע העצום הזה? התייחסות לשאלה קיימת משחר ההיסטוריה, לרוב כחלק מאמונה מיתית, אך הניסיון המדעי המפורסם הראשון התרחש ב־1864, כשוויליאם תומסון – פיזיקאי ומהנדס סקוטי דגול – מדד את גיל כוכב הלכת שלנו לפי קצב התקררותו.

כדור הארץ התחיל את הקריירה שלו כגוש סלע מותך ותומסון חישב כמה זמן לקח לו להתקרר. חישוביו הראשוניים היו גסים, אך לימים, אחרי שהפך לברון קלוין (על שם נהר שזרם מחוץ למעבדתו) ולבריטי הראשון שקיבל תואר אצולה על תרומתו למדע, ההערכה שוכללה ל"יותר מ־20 ופחות מ־40 מיליון שנה, ונראה שקרוב יותר ל־20".

ואז, בתחילת המאה העשרים, הגיע ארנסט רתרפורד – האיש שגילה, פענח ונתן שמות לקרינת האלפא והביתא; מגלה הפרוטון; והראשון שביקע אטומים. פיזיקאי כה מבריק עד שתגלית מוקדמת ושולית שלו זיכתה אותו בנובל לכימיה. ובעזרתה מתארכים סלעים.

חומר א' מתפרק והופך לחומר ב', וההתפרקות הזאת מתרחשת בקצב אחיד, לאורך מיליוני שנים | צילום: shutterstock

התגלית היא שרדיואקטיביות נובעת מהתפרקות אטומים. אטום א' מתפרק, משחרר קרינה, והופך לאטום ב'. וזה קורה בקצב אחיד, ללא תלות בגורמים חיצוניים. אם יש לך מיליוני אטומים כאלה, אפשר לדעת בתוך כמה זמן חצי מהם יתפרקו. זה נקרא "זמן מחצית חיים".

לדוגמה, יש סוג של אורניום שנקרא אורניום־235 שהופך לאטו לסוג של עופרת שנקרא עופרת־207. זמן מחצית החיים של התהליך הזה הוא כ־700 מיליון שנה. אם התחלנו עם 100 גרם אורניום, כעבור 700 מיליון שנה נישאר עם 50 גרם, כעבור עוד 700 מיליון נישאר עם 25 גרם, וכך הלאה.

נניח שמצאת סלע שמכיל את המינרל זירקון. אתה יודע שכשהוא נוצר הוא הסכים לקבל לתוכו אורניום, אבל עופרת הוא היה דוחה בשאט נפש. כזה הוא הזירקון. אז כל עופרת שתמצא בו עכשיו היא בעצם אורניום שהתפרק אחרי שהסלע התקרר ונאטם. ואם תמדוד את היחס בין האורניום־235 לעופרת־207 תוכל לחשב לפני כמה זמן זה קרה.

לא רק שהתוצאות קוברות את הערכותיו של לורד קלוין, פירוק רדיואקטיבי יוצר חום ולכן מקלקל את כל חישובי ההתקררות שלו. רתרפורד סיפר איך בהרצאה גורלית אחת הוא גילה בקהל את לורד קלוין הקשיש ששילח בו מבט מלא משטמה. רתרפורד כבר חשב שהוא אבוד, אבל אז נחה עליו ההשראה. "לורד קלוין הגביל את גיל כדור הארץ אלמלא יתגלה מקור חום חדש", אמר רתרפורד. "מילותיו הנבואיות התייחסו לדבר שאותו נבחן הלילה". פניו של קלוין אורו. פלא שגם את רתרפורד הפכו לברון?

כאמור, מבחינתו התגלית היתה שולית. הוא לא המשיך לחקור את גיל האדמה, אך האומדן שלנו כיום (4.5 ביליוני שנים לערך) מבוסס על עבודתו. לפחות עד הודעה חדשה.

שאלות לבלדד השוחי askbildad@calcalist.co.il