Entstehung der Erde

19. Jahrhundert

Im letzten Viertel des 19. Jahrhunderts gab es eine lang anhaltende Debatte über das Alter der Erde. In Charles Lyells Principles of Geology (1830-33) zeigte er, dass sich die Erde langsam verändert hat und dass das, was wir sehen, das Ergebnis allmählicher Veränderungen ist. Dieser Uniformitarismus bedeutete eindeutig, dass die Erde uralt war, obwohl Lyell nicht versuchte herauszufinden, wie alt.

Auch sein jüngerer Freund Charles Darwin glaubte dies. Darwin erkannte, dass die Evolution, wenn sie stattgefunden hätte, lange gedauert hätte. Außerdem liegt zwischen den frühen Fossilien in den Schichten des Kambriums und der heutigen Landoberfläche eine riesige Menge an Sedimentgestein. Darwin und Lyell waren sich einig, dass es sehr lange gedauert hätte, bis so viel Gestein abgelagert worden wäre.

In der ersten Ausgabe von On the origin of species (1859) hatte Darwin geschätzt, dass die Erosion des Sussex Weald 300 Millionen Jahre gedauert haben muss. ^p314 Sowohl er als auch Lyell waren überrascht, als der Physiker William Thomson (Lord Kelvin) sagte, die Erde könne nicht so alt sein, wie sie dachten. Er berechnete, wie lange es bei einem Ausgangspunkt von 2.000oC gedauert haben musste, bis die Erde auf ihre heutige Temperatur abgekühlt war. Kelvins Ergebnis basierte auf der Idee, dass der oberflächennahe geothermische Gradient die konduktive Abkühlung der festen Erde widerspiegelt.

Er hat diese Berechnung mehrere Male durchgeführt und dabei verschiedene Annahmen getroffen. Im Jahr 1862 lag seine Schätzung zwischen 20 und 400 Millionen Jahren; aber 1866 reduzierte er die oberste Schätzung auf 100 Millionen Jahre und griff Darwin und Lyle an, weil sie seine Berechnung nicht zur Kenntnis genommen hatten. Wir wissen, dass Darwin ängstlich und besorgt war, dass dies nicht lang genug sein würde, um die Evolution zu berücksichtigen. Thomas Henry Huxley bemerkte, Kelvins Berechnungen seien gut, aber seine Annahmen seien falsch. Im Jahre 1897 führte Kelvin die Berechnung ein letztes Mal durch und kam auf 20 bis 40 Millionen Jahre. Das wäre natürlich definitiv nicht lang genug, um die Evolution zu berücksichtigen. Auch Oliver Heaviside war anderer Meinung und schlug ein alternatives geothermisches Modell vor. Sowohl Kelvin als auch Heaviside erwiesen sich schließlich als falsch.

Viskoser Mantel

Gleich Ende des 19. Jahrhunderts erkannte jemand, dass, wenn der Mantel eine hochviskose (klebrige) Flüssigkeit wäre, dies einen großen Unterschied in den Berechnungen machen würde. Im Jahr 1895 stellte John Perry, ein ehemaliger Assistent Kelvins, anhand eines Modells eines konvektiven Mantels und einer dünnen Kruste ein geschätztes Alter der Erde von 2 bis 3 Milliarden Jahren fest.

Im Kelvin-Modell wird die Wärme auf der Erdoberfläche aus der Abkühlung einer flachen äußeren Kruste abgeleitet, wobei eine feste Erde angenommen wird. Wäre jedoch die Leitfähigkeit im Inneren der Erde viel höher als an der Oberfläche, dann würden sich auch der Erdkern und der untere Erdmantel abkühlen. Dies würde der Oberfläche einen riesigen Energiespeicher zur Verfügung stellen. In diesem Fall wäre Kelvins Schätzung für das Alter der Erde um ein Vielfaches zu niedrig.

Perrys Hauptgrund war, dass die Konvektion im flüssigen oder teilweise flüssigen Erdinneren die Wärme viel effektiver übertragen würde als die Konduktion:

"... viel innere Fluidität würde für unseren Zweck praktisch unendliche Leitfähigkeit bedeuten".

Kelvin hielt an seiner Schätzung von 100 Millionen Jahren fest und reduzierte die Schätzung später auf etwa 20 Millionen Jahre.

Wir wissen heute, dass die Existenz einer viskosen Flüssigkeit unter einer dünnen Kruste ein viel größerer Faktor ist als die Entdeckung der Radioaktivität,^[] die viele Jahre lang die Lehrbucherklärung war. Die Wiederentdeckung und erneute Untersuchung von Perrys Werk ist noch recht jung.

20. Jahrhundert

1896 entdeckte Henri Becquerel die Radioaktivität. Im Jahr 1903 teilte er den Nobelpreis für Physik mit Pierre und Marie Curie "in Anerkennung der außerordentlichen Verdienste, die er sich mit der Entdeckung der spontanen Radioaktivität erworben hat".

Schließlich erkannte man, dass Radioaktivität eine Hauptwärmequelle im Erdinneren ist. ^p206 1921 kam die erste moderne Schätzung unter Verwendung radiometrischer Datierung. Sie basierte auf der Uran-Blei-Datierung: die Zerfallsrate von Uran zu Blei in der Erdkruste, von Henry Norris Russell. Er kam auf 2 bis 8 Milliarden Jahre. ^{p27, Tabelle 3.1} 1949 schätzte S.E. Süss 4 bis 5 Milliarden Jahre, basierend auf einer ganzen Reihe radioaktiver Isotope. Dies entspricht in etwa der Zeit, die wir heute schätzen und die weiter verfeinert wurde auf etwa 4.560 Millionen Jahre.

Die Berechnung macht sich sowohl die Konvektion in einer viskosen Flüssigkeit als auch die Radioaktivität zunutze, so dass sie Perrys Idee mit der Wirkung von Radioaktivität kombiniert, obwohl Perrys Beitrag vergessen worden war. Die spätere Kenntnis der Plattentektonik machte es ziemlich sicher, dass der untere Mantel eine viskose Flüssigkeit war.

Sonnensystem

Die Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems hat schätzungsweise vor 4,568 Milliarden Jahren mit dem gravitativen Kollaps eines kleinen Teils einer riesigen Molekülwolke begonnen. Im Grunde entwickelte sich das gesamte System in der gleichen Zeitspanne.

Religiöse Ansichten

Die Anwendung der wissenschaftlichen Methode setzt einheitliche Methoden zur Berechnung des Alters der Erde voraus. Die hinduistische Religion kommt der heutigen wissenschaftlichen Schätzung am nächsten. Einige Christen und Juden glauben, dass die Schöpfungsgeschichte der Genesis buchstäblich wahr ist, was bedeuten würde, dass die Erde vor 5000 bis 10.000 Jahren erschaffen wurde, und dass die Methoden zur Berechnung des Alters in der gesamten Erdgeschichte nicht einheitlich waren. Heutzutage sind jedoch die meisten Menschen der Meinung, dass solche Fragen am besten mit wissenschaftlichen Methoden beantwortet werden können.

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