miniatura|250px|A Terra vista desde o Apollo 17
A idade da Terra estímase que é de 4,54 ± 0,05 miles de millóns de anos (4,54 × 109 anos ± 1%). Esta idade pode representar a idade da acreción da Terra, da formación do núcleo, ou do material a partir do cal se formou a Terra. Esta datación está baseada en probas da datación radiométrica da idade de material de meteoritos e é consistente coas idades radiométricas medidas nas rochas terrestres máis antigas e de mostras de rochas lunares.
Seguindo o desenvolvemento das técnicas de datación radiométrica a inicios do século XX, as medidas do chumbo en minerais ricos en uranio mostraron que algunhas tiñan un exceso de mil millóns de anos de idade.Para o resumo ver: O máis antigo de todos os minerais analizados ata agora, os pequenos cristais de circóns das Jack Hills de Australia Occidental, teñen polo menos 4 404 millóns de anos (4,404 × 109). As inclusións ricas en calcio–aluminio, que son os constituíntes sólidos máis antigos coñecidos contidos en meteoritos que se formaron no sistema solar, teñen unha idade de 4 567 millóns de anos (4,567 × 109), o que marca un límite inferior para a idade do sistema solar.
Hipotetízase que a acreción da Terra empezou pouco despois da formación de ditas inclusións ricas en calcio-aluminio e os meteoritos. Como non se sabe o período de tempo exacto que durou este proceso de acreción, e as predicións de diferentes modelos de acreción van desde uns poucos millóns de anos a uns 100 millóns de anos, a idade exacta da Terra é difícil de determinar. É tamén difícil determinar a idade exacta das rochas máis antigas da Terra, expostas na superficie, xa que son agregados de minerais de idades posiblemente diferentes.
Desenvolvemento dos conceptos xeolóxicos modernos
Os estudos dos estratos, as capas de rocha e terra, deron aos naturalistas unha apreciación de que a Terra puido pasar por moitos cambios durante a súa existencia. Estas capas a miúdo contiñan restos fosilizados de criaturas descoñecidas, o que levou a algúns a interpretar que había unha progresión de organismos dunha capa a outra.
Nicolas Steno no século XVII foi un dos primeiros naturalistas que observou unha conexión entre os restos fósiles e os estratos. As súas observacións levárono a formular importantes conceptos estratigráficos (como a "lei da superposición" e o "principio de horizontalidade orixinal" dos estratos). Na década de 1790, William Smith hipotetizou que se dúas capas de rochas en localizacións moi afastadas contiñan fósiles similares, entón era moi plausible que as capas fosen da mesma idade. O sobriño e estudante de William Smith, John Phillips, calculou posteriormente por eses medios que a Terra tiña unha antigüidade duns 96 millóns de anos.
A mediados do século XVIII, o naturalista Mikhail Lomonosov suxeriu que a Terra fora creada separadamente do resto do universo e varios centos de miles de anos antes. As ideas de Lomonosov eran maiormente especulativas. En 1779 o conde de Buffon tratou de obter un valor para a idade da Terra facendo un experimento: creou un pequeno globo que lembraba a Terra en formación e despois mediu a súa velocidade de arrefriamento. Así estimou que a Terra tiña uns 75 000 anos de idade.
Outros naturalistas usaron estas hipóteses para construír unha historia da Terra, aínda que as súas liñas de tempo eran inexactas, xa que non sabían canto se tardaba en depositar unha capa estratigráfica. En 1830, o xeólogo Charles Lyell, desenvolvendo as ideas dos traballos de James Hutton, popularizou o concepto de que as características da Terra estaban en cambio perpetuo, erosionándose e reformándose continuamente, e a velocidade deste cambio era aproximadamente constante. Isto era un reto á visión tradicional, que consideraba a historia da Terra como algo estático na que os cambios se producían debido a catástrofes intermitentes (catastrofismo). Moitos naturalistas influídos por Lyell fixéronse "uniformistas" e crían que os cambios eran constantes e uniformes (uniformismo ou uniformitarismo).
Os primeiros cálculos En 1862, o físico William Thomson, 1º barón Kelvin, publicou uns cálculos que establecían a idade da Terra entre 20 millóns e 400 millóns de anos. Dalrymple (1994) pp. 14–17, 38 Asumiu que a Terra se formara como un obxecto completamente fundido, e determinou o tempo que tardaría a zona superficial en arrefriar ata a temperatura actual. Os seus cálculos non tiñan en conta a calor producida pola desintegración radioactiva (un proceso daquela descoñecido para a ciencia) nin, máis significativamente, a convección que ten lugar no interior da Terra, que permite que escape máis calor do interior para quentar rochas situadas preto da superficie. As estimacións de Kelvin sobre a idade do Sol eran aínda máis restritivas, e estaban baseadas en estimacións da súa produción térmica e nunha teoría que dicía que o Sol obtiña a súa enerxía do colapso gravitacional; Kelvin estimou que o Sol tiña só uns 20 millóns de anos.
miniatura|upright|esquerda|William Thomson (lord Kelvin)
Xeólogos como Charles Lyell costáballes aceptar unha idade tan baixa para a Terra. Para os biólogos, incluso cen millóns de anos parecían unha idade demasiado curta para ser plausible. Na teoría de Darwin da evolución, o proceso de variacións ao azar herdables con selección natural acumulativa requirían longos períodos de tempo. (Segundo a bioloxía moderna, toda a historia evolutiva desde a orixe da vida aos nosos días tivo lugar desde hai entre 3,5 e 3,8 miles de millóns de anos, que é o tempo que pasou desde que apareceu o último antepasado universal de todos os organismos vivos, como mostran as datacións xeolóxicas modernas.))
Nunha conferencia de 1869, o gran partidario de Darwin, Thomas H. Huxley, atacou os cálculos de Thomson, suxerindo que os cálculos en si parecían precisos pero estaban baseados en asuncións erradas. O físico Hermann von Helmholtz (en 1856) e o astrónomo Simon Newcomb (en 1892) contribuíron ao debate cos seus propios cálculos que daban unha idade de 22 e 18 millóns de anos, respectivamente: eles calcularon independentemente o tempo que tardaría o Sol en condensarse ata o seu actual diámetro e brillo a partir da nebulosa de gas e po da cal se orixinou.Dalrymple (1994) pp. 14–17 Os seus valores eran consistentes cos cálculos de Thomson. Porén, asumían que o Sol producía o seu resplandor só debido á calor da súa contracción gravitacional. O proceso de fusión nuclear solar non era coñecido daquela.
En 1895 John Perry puxo en dúbida as cifras de Kelvin baseándose nas súas asuncións sobre a condutividade, e Oliver Heaviside entrou na discusión, considerándoo "un vehículo para mostrar a capacidade do seu método operador para resolver problemas de extraordinaria complexidade."Paul J. Nahin (1985) Oliver Heaviside, Fractional Operators, and the Age of the Earth, IEEE Transactions on Education E-28(2): 94–104, ligazón desde IEEE Explore
Outros científicos apoiaron as cifras de Thomson. O fillo de Charles Darwin, o astrónomo George H. Darwin, propuxo que a Terra e a Lúa se separaran a partir dun corpo único inicial nos seus primeiros tempos cando estaban fundidos. Calculou o tempo que lle levaría á fricción mareal orixinar que a Terra tivese o seu actual día de 24 horas. O seu valor de 56 millóns de anos engadiu probas adicionais de que Thomson podía estar na pista certa.
A última estimación que deu Thomson, en 1897, foi: "que tiña máis de 20 e menos de 40 millóns de anos e probablemente moito máis preto de 20 que de 40".Dalrymple (1994) pp. 14, 43 En 1899 e 1900, John Joly calculou a velocidade á cal os océanos acumularían sal a partir dos procesos de erosión e determinou que os océanos tiñan unha idade de entre 80 e 100 millóns de anos.
Unha vez que se descubriron a radioactividade e a fusión nuclear, todos estes primeiros cálculos quedaron obsoletos.
Datación radiométrica
Debido á súa natureza química, os minerais das rochas conteñen certos elementos e non outros; pero nas rochas que conteñen isótopos radioactivos, o proceso de desintegración radioactiva xera co tempo elementos exóticos. Medindo a concentración dos produtos finais estables da desintegración, xunto co coñecemento da vida media e a concentración inicial do elemento en desintegración, pode calcularse a idade da rocha. Os produtos finais destes procesos radioactivos típicos son argon, formado pola desintegración do potasio-40, e chumbo, formado a partir do uranio e torio. Se a rocha sufriu fusión, como ocorre no manto terrestre, tales produtos finais non radioactivos escapan normalmente ou son redistribuídos. Así, a idade das rochas terrestres máis antigas dá un valor mínimo para a idade da Terra, asumindo que non queda ningunha rocha intacta tan antiga como a propia Terra.
Convectividade do manto e radioactividade
En 1892, a Thomson concedéuselle o título de lord Kelvin en honra dos seus moitos logros científicos. Kelvin calculou a idade da Terra usando gradientes térmicos, e obtivo unha estimación duns 100 millóns de anos. Non se decatou de que o manto da Terra está en convección, e isto invalidaba a súa estimación. En 1895, John Perry obtivo unha idade da Terra estimada en 2 ou 3 miles de millóns de anos usando un modelo dun manto convectivo e unha codia delgada. Kelvin seguiu confiando na súa estimación de 100 millóns de anos, e posteriormente mesmo a reduciu a 20 millóns de anos.
O descubrimento da radioactividade introduciu outro factor no cálculo. Despois do descubrimento inicial de Henri Becquerel en 1896, Marie e Pierre Curie descubriron os elementos radioactivos polonio e radio en 1898; e en 1903, Pierre Curie e Albert Laborde anunciaron que o radio produce bastante calor para fundir o seu propio peso en xeo en menos dunha hora. Os xeólogos déronse conta rapidamente que isto botaba abaixo as asuncións que subxacían a maioría dos cálculos da idade da Terra feitos ata entón. Asumiran que a calor orixinal da Terra e o Sol se disipara lentamente no espazo, pero a desintegración radioactiva significaba que esta calor estaba rexenerándose continuamente. George Darwin e John Joly foron os primeiros en sinalar isto en 1903. Reprinted by BookSurge Publishing (2004) .
Invención da datación radiométrica
A radioactividade, que derrocara os vellos cálculos, proporcionaba unha base para novos cálculos, en forma de datación radiométrica. miniatura|Ernest Rutherford en 1908. Ernest Rutherford e Frederick Soddy conxuntamente continuaron os seus traballos sobre materiais radioactivos e concluíron que a radioactividade se debía a unha transmutación espontánea de elementos atómicos. Na desintegración radioactiva, un elemento desintégrase orixinando outro máis lixeiro, liberando radiacións alfa, beta ou gamma no proceso. Tamén determinaron que un determinado isótopo dun elemento radioactivo desintégrase noutro elemento a unha velocidade determinada. Esta velocidade mídese pola chamada "vida media", que é o tempo que tarda unha masa de material radioactivo en orixinar o seu "produto de desintegración" reducindo a súa masa á metade.
Algúns materiais radioactivos teñen vidas medias curtas e outros longas. O uranio e o torio teñen longas vidas medias, e así persisten na codia terrestre, pero os elementos radioactivos con vidas medias curtas en xeral xa desapareceron. Isto suxire que podería medirse a idade da Terra determinando as proporcións relativas dos materiais radioactivos en mostras xeolóxicas. En realidade, os elementos radioactivos non sempre se desintegran en elementos non radioactivos ("estables") directamente, senón que orixinan outros elementos tamén radioactivos que teñen as súas propias vidas medias e así sucesivamente, ata que chegan a un elemento estable. Estas "series de desintegración", como as series do uranio-radio e o torio, xa se coñecían poucos anos despois do descubrimento da radioactividade e proporcionaron unha base para construír técnicas de datación radiométrica.