Náttúrufræðingurinn - 2002, Síða 62

N áttúrufræðingurinn
Ornólfur Thorlacius
UPPHAF jarðlífs
Þegar Darwin var að vinna að þróunarkenningu sinni, fyrir um hálfri
annarri öld, þekktu menn steingerðar leifar margra allþroskaðra og fjöl-
breyttra dýra í jarðlögum frá upphafi fornlífsaldar, kambríumtímabili, en í
eldri jarðlögum fundust engin merki lífs. Síðan hefur ýmislegt komið fram,
einkum seint á síðustu öld og á þeirri sem er nýhafin, er varpar ljósi á þró-
un lífs snemma í jarðsögunni. Hér verður getið nokkurra forvitnilegra upp-
götvana sem þessu tengjast og hvernig þróunarfræðingar túlka þær.
2. rnynd. William Thomson, Kelvin
lávarður (1824-1907), ályktaði út frá
mælingum á jarðhita að jörðin væri 20
milljón ára.
William Thomson, betur
þekktur sem Kelvin lá-
varður, var einn kunnasti
eðlisfræðingur Breta á 19. öld (1.
mynd). Þótt hann væri trúaður mað-
ur sætti hann sig ekki við þá túlkun
á sköpunarsögu Gamla testament-
isins að jörðin væri aðeins nokkurra
árþúsunda gömul. Hann taldi að
hægt væri að komast nær sanni um
aldur jarðar með vísindalegri aðferð,
með mælingum á jarðhita.
Námamenn vita að hiti í námum
vex með auknu dýpi. Kelvin skýrði
þennan hita með því að öll hefði jörð-
in í upphafi verið glóandi (sem trú-
lega er rétt), og eftir að myndunar-
skeiði hennar lauk hafi hún smám
saman kólnað. Rétt eins og í kulnandi
glæðum í ami kólnar yfirborðið fyrst,
en hiti leynist lengi hið innra. Langur
tími muni líða þar til allur hnötturinn
verði orðinn kaldur.
Til em vel útfærðar jöfnur um það
hve hratt hlutir kólna, og Kelvin
beitti þessum jöfnum á allan hnött-
inn. Ut frá mælingum á því hve hratt
varmi berst út úr bergi og hversu
heitt verður í dýpstu námugöngum
komst hann að því, árið 1862, að
jörðin gæti ekki verið eldri en 100
milljón ára. Síðar lækkaði hann, út
frá nýrri gögnum, þessa tölu í 20
milljón ár.
En hvor talan sem var rétt, setti
þessi lági aldur jarðar strik í reikn-
inginn fyrir Charles Darwin, sem
birti rit sitt um uppmna tegundanna
árið 1859. „Ég hef verulegar áhyggjur
af pví hve ungan Sir W. Thomson telur
heiminn," skrifar Darwin í bréfi.
Kelvin lávarður gekk í útreikn-
ingum sínum út frá því að inni í jörð-
inni losnaði engin ný orka. Þetta
reyndist rangt. Árið 1896, fjórtán
ámm eftir lát Darwins en meðan
Kelvin var á lífi, uppgötvaði fransk-
ur eðlisfræðingur, Henri Becquerel,
geislavirknina. Sjö ámm síðar ein-
angruðu hjónin Marie og Pierre
Curie mjög geislavirkt efni, radíum.
Geislavirk fmmefni em úr óstöðug-
um atómum sem fyrr eða síðar falla
sundur í minni atóm og atómhluta
(öreindir) og senda um leið frá sér
orkuríka geisla.
Þessar uppgötvanir leiddu í ljós
að jörðin er mun eldri en Kelvin lá-
varður hafði haldið. I iðmm jarðar
em ýmis geislavirk efni sem halda
jarðhitanum við.
ÁTOMKLUKKUR
Hvert geislavirkt fmmefni sundrast
með ákveðnum hraða. Þessi hraði er
gefinn upp sem helmingunartími
efnisins, það er sá tími sem það tek-
ur helming þess að klofna í önnur
efni. Hugsum okkur til dæmis að
helmingunartími geislavirks efnis sé
eitt ár. Ef við höfum í upphafi eitt
gramm af hreinu efni er ári síðar eft-
ir hálft gramm af því, eftir tvö ár
fjórðungur úr grammi o.s.frv.
Algengasta afbrigði (samsæta eða
ísótóp) fmmefnisins úrans eða úran-
íums, úran-238 eða B8U, klofnar í
tímans rás í nokkmm áföngum í
samsætu af blýi, 206Pb. ITelmingun-
artíminn er afar langur, 4,47 milljarð-
ar ára (4,47 x 109 ár). Önnur samsæta
úrans, 235U, breytist í annars konar
blý, 207Pb, á talsvert styttri tíma.
Helmingunartíminn er „ekki nema"
704 milljón ár.
Með því að mæla hlutfall úrans
og blýs af tilteknum gerðum í fornu
bergi er hægt að ákvarða hve langt
er um liðið síðan það varð til. Önnur
geislavirk fmmefni koma að notum
við aldursgreiningu á yngri jarðlög-
um. Geislavirkt afbrigði kolefnis,
kolefni-14 eða 14C, helmingast (breyt-
ist í venjulegt nitur, 14N) á 5700 ámm.
Þetta efni nota fornleifafræðingar til
dæmis til að ákvarða aldur fornra
mannvistarleifa. Þarna á milli em
ýmis efni sem nýtast við aldurs-
greiningu jarðlaga, svo sem geisla-
virkt kalíum, 40K, sem sundrast í
argon,40Ar. Helmingunartíminn er
1,28 milljarðar ára.
Aldur jarðar
í óbyggðum Norðvestursvæðanna í
Kanada, við bakka Acastafljóts, hef-
ur fundist berg (2. mynd) sem er
meira en fjögurra milljarða ára gam-
alt (4.000.000.000 eða 4 x 109 ára).
Eldri jarðmyndanir hafa ekki fundist
62 Náttúrufræöingurinn 71 (1-2), bls. 62-68, 2002