miniatura| The Blue Marble, Pământul, văzut din Apollo 17 Vârsta Pământului este estimată la 4,54 ± 0,05 miliarde de ani Această vârstă poate reprezenta vârsta acreției Pământului, a formării nucleului sau a materialului din care s-a format Pământul. Această datare se bazează pe dovezi provenite din meteoriților și este în concordanță cu vârstele radiometrice ale celor mai cunoscute eșantioane terestre și lunare.
În urma dezvoltării datării radiometrice la începutul secolului al XX-lea, au arătat că unele din ele depășeau un miliard de ani.For the abstract, see: Cele mai vechi astfel de minerale analizate până în prezent mici cristale de zircon din din Australia de Vest au cel puțin 4,404 miliarde de ani. Incluziuni bogate în calciu-aluminiu cele mai vechi componente solide cunoscute din meteoriții care se formează în Sistemul Solar au 4,567 miliarde de ani, ceea ce dă o limită inferioară a vârstei Sistemului Solar.
S-a lansat ipoteza că acreția Pământului ar fi început curând după formarea incluziunilor bogate în calciu-aluminiu și a meteoriților. Deoarece nu s-a cunoscut încă durata acestui proces de acreție, iar predicțiile diferitelor modele de acreție variază de la câteva milioane până la aproximativ 100 de milioane de ani, diferența dintre vârsta Pământului și a celor mai vechi roci este dificil de determinat. De asemenea, este dificil să se stabilească vârsta exactă a celor mai vechi roci de pe Pământ, expuse la suprafață, deoarece ele sunt de minerale de vârste posibil diferite.
Dezvoltarea conceptelor geologice moderne Studiile asupra de roci și pământ au oferit naturaliștilor o apreciere a faptului că Pământul a trecut prin multe schimbări în timpul existenței sale. Aceste straturi conțineau adesea resturi fosilizate de creaturi necunoscute, ceea ce i-a determinat pe unii să interpreteze o progresie a organismelor de la strat la strat.
În secolul al XVII-lea, Nicolas Steno a fost unul dintre primii naturaliști care a apreciat legătura dintre rămășițele fosile și straturi. Observațiile sale l-au determinat să formuleze concepte stratigrafice importante (adică „” și „”). În anii 1790, William Smith a emis ipoteza că dacă două straturi de rocă din locații diferite conțineau fosile similare, atunci era foarte plauzibil ca straturile să aibă aceeași vârstă. Nepotul și studentul lui William Smith, , a calculat ulterior prin astfel de mijloace că Pământul avea aproximativ 96 de milioane de ani.
La mijlocul secolului al XVIII-lea, naturalistul Mihail Lomonosov a sugerat că Pământul a fost creat separat, cu câteva sute de mii de ani înainte de restul universului. Ideile lui Lomonosov erau în mare parte speculative. În 1779, Comte du Buffon a încercat să obțină o valoare pentru vârsta Pământului folosind un experiment: el a creat un glob mic care semăna în compoziție cu Pământul și apoi a măsurat viteza lui de răcire. Aceasta l-a determinat să estimeze că Pământul avea aproximativ 75.000 de ani.
Alți naturaliști au folosit aceste ipoteze pentru a construi o istorie a Pământului, deși cronologiile lor erau inexacte, întrucât nu știau cât a durat să se stabilească straturile. În 1830, geologul Charles Lyell, dezvoltând ideile găsite în operele lui James Hutton, a popularizat conceptul potrivit căruia caracteristicile Pământului se aflau într-o schimbare perpetuă, erodându-se și reformându-se continuu, iar ritmul acestei schimbări este aproximativ constant. Aceasta a fost o provocare pentru viziunea tradițională, care considera istoria Pământului ca fiind statică, cu modificări aduse de cataclisme intermitente. Mulți naturaliști au fost influențați de Lyell să devină „uniformitari”, care credeau că schimbările sunt constante și uniforme.
Primele calcule În 1862, fizicianul William Thomson, primul baron Kelvin a publicat calcule care fixau vârsta Pământului între 20 de milioane și 400 de milioane de ani.Dalrymple (1994) pp. 14–17, 38 El a presupus că Pământul s-a format ca un obiect complet topit și a determinat perioada de timp necesară pentru ca gradientul de temperatură aproape de suprafață să scadă până la valoarea sa actuală. Calculele sale nu țineau cont de căldura produsă prin descompunerea radioactivă (un proces pe atunci necunoscut) sau, mai semnificativ, convecția în interiorul Pământului, ceea ce permite ca temperatura din să rămână ridicată mult mai mult, menținând un gradient termic ridicat mult mai mult timp în scoarță. Și mai restrictive au fost estimările lui Kelvin cu privire la vârsta Soarelui, care s-au bazat pe estimările producției sale termice și o teorie conform căreia Soarele și-ar obține energia în urma colapsului gravitațional; Kelvin a estimat că Soarele are aproximativ 20 de milioane de ani.
thumb|left|upright|William Thomson (Lord Kelvin) Geologilor precum Charles Lyell le-a fost greu să accepte o vârstă atât de mică pentru Pământ. Pentru biologi, chiar și 100 de milioane de ani păreau o durată mult prea scurtă pentru a fi plauzibilă. În teoria evoluției a lui Darwin, procesul de variație aleatoare ereditară cu selecție cumulativă necesită mari durate de timp. Conform biologiei moderne, istoria evolutivă totală de la începutul vieții și până în ziua de azi a avut loc începând cu 3,5–3,8 miliarde de ani în urmă, perioada de timp care a trecut de la ultimul strămoș universal al tuturor organismelor vii, așa cum se arată prin datarea geologică.)
Într-o prelegere din 1869, marele susținător al lui Darwin, Thomas H. Huxley, a atacat calculele lui Thomson, sugerând că acestea par exacte separat de context, dar se bazau pe presupuneri eronate. Fizicianul Hermann von Helmholtz (în 1856) și astronomul Simon Newcomb (în 1892) au venit cu propriile lor calcule care dădeau 22 și, respectiv, 18 milioane de ani: ei au calculat independent perioada de timp necesară pentru ca Soarele să condenseze până la diametrul și luminozitatea curente din nebuloasa de gaz și praf din care s-a născut.Dalrymple (1994) pp. 14–17 Valorile lor erau în concordanță cu calculele lui Thomson. Ei au presupus însă că Soarele strălucește doar prin căldura generată de . Procesul de fuziune nucleară solară nu era încă cunoscut științei.
În 1895, a contestat cifra avansată de Kelvin pe baza ipotezelor sale despre conductivitate, iar Oliver Heaviside a intrat și el în discuție, considerând-o „un vehicul care să afișeze capacitatea metodei sale cu operatori de a rezolva probleme de o complexitate extraordinară”.Paul J. Nahin (1985) Oliver Heaviside, Fractional Operators, and the Age of the Earth, E-28(2): 94–104, link from
Alți oameni de știință au susținut cifrele lui Thomson. Fiul lui Charles Darwin, astronomul , a susținut că Pământul și Luna s-au despărțit în primele zile când erau amândouă topite. El a calculat perioada de timp necesară pentru ca să îi dea Pământului ziua actuală de 24 de ore. Valoarea sa de 56 de milioane de ani a adăugat dovezi suplimentare că Thomson era pe drumul cel bun.Dalrymple (1994) pp. 14–17
Ultima estimare pe care Thomson a dat-o, în 1897, a fost: „că are mai mult de 20 și mai puțin de 40 de milioane de ani și probabil mult mai aproape de 20 decât de 40”.Dalrymple (1994) pp. 14, 43 În 1899 și 1900, a calculat viteza cu care oceanele ar fi trebuit să acumuleze sare din procesele de eroziune și a stabilit că oceanele aveau aproximativ 80–100 de milioane de ani.Dalrymple (1994) pp. 14–17
Datarea radiometrică
Generalități Prin natura lor chimică, mineralele de rocă conțin anumite elemente și nu altele; dar în rocile care conțin izotopi radioactivi, procesul de descompunere radioactivă generează în timp elemente exotice. Prin măsurarea concentrației produsului final stabil al descompunerii, împreună cu cunoașterea timpului de înjumătățire și a concentrației inițiale a elementului în descompunere, se poate calcula vârsta rocii. Produsele finale radioactive tipice sunt argonul provenit din dezintegrarea potasiului-40 și plumbul provenit din descompunerea uraniului și thoriului. Dacă roca se topește, așa cum se întâmplă în , astfel de produse finale neradioactive de obicei scapă sau sunt redistribuite. Astfel, vârsta celei mai vechi roci terestre dă un minim pentru vârsta Pământului, presupunând că nicio rocă nu a fost intactă mai mult timp decât Pământul însuși.
Mantaua convectivă și radioactivitatea În 1892, Thomson fusese făcut Lord Kelvin ca apreciere pentru numeroaselor sale realizări științifice. Kelvin calculase vârsta Pământului folosind gradienți termici, și ajunsese la o estimare de aproximativ 100 de milioane de ani. Nu și-a dat seama că Pământului avea convecție, iar acest lucru i-a invalidat estimarea. În 1895, a produs o estimare pentru vârsta Pământului de 2 până la 3 miliarde de ani folosind un model cu manta convectivă și scoarță subțire, dar opera sa a fost în mare parte ignorată. Kelvin a susținut în continuare estimarea sa de 100 de milioane de ani, iar mai târziu a redus-o la aproximativ 20 de milioane de ani.
Descoperirea radioactivității a introdus un alt factor în calcul. După descoperirea inițială a lui Henri Becquerel în 1896, Marie și Pierre Curie au descoperit elementele radioactive poloniu și radiu în 1898; iar în 1903, Pierre Curie și Albert Laborde au anunțat că radiul produce suficientă căldură pentru a topi propria greutate în gheață în mai puțin de o oră. Geologii și-au dat seama rapid că acest lucru răstoarnă toate presupunerile care stăteau la baza celor mai multe calcule ale vârstei Pământului. Aceștia au presupus că căldura inițială a Pământului și Soarelui s-a disipat constant în spațiu, dar descompunerea radioactivă însemna că această căldură se înnoiește continuu. George Darwin și John Joly au fost primii care au subliniat acest lucru, în 1903. Reprinted by BookSurge Publishing (2004) .
Inventarea datării radiometrice Radioactivitatea, care a răsturnat vechile calcule, a oferit un bonus oferind o bază pentru noi calcule, sub forma . thumb|upright|Ernest Rutherford în 1908. Ernest Rutherford și Frederick Soddy continuaseră împreună lucrul în domeniul materialelor radioactive și au ajuns la concluzia că radioactivitatea se datora unei transmutări spontane a elementelor atomice. În degradare radioactivă, un element se descompune într-un alt element mai ușor, eliberând radiații alfa, beta sau gamma în proces. De asemenea, au stabilit că un izotop particular al unui element radioactiv se descompune într-un alt element într-un ritm distinctiv. Această rată este dată în termeni de „timp de înjumătățire” sau de timpul necesar pentru ca jumătate din masa materialului radioactiv să se descompună în „produsul său de descompunere”.
Unele materiale radioactive au timpi de înjumătățire scurții; unii au timpi de înjumătățire lungi. Uraniul și thoriul au timpi de înjumătățire lungi și astfel persistă în scoarța Pământului, dar elementele radioactive cu timpi de înjumătățire scurți au dispărut în mare parte. Acest lucru sugerează că ar putea fi posibilă măsurarea vârstei Pământului prin determinarea proporțiilor relative ale materialelor radioactive din probele geologice. În realitate, elementele radioactive nu se descompun întotdeauna direct în elemente neradioactive („stabile”), ci se descompun în alte elemente radioactive care au propriul lor timp de înjumătățire și așa mai departe, până când ajung la un element stabil. Aceste „lanțuri de descompunere”, cum ar fi seriile uraniu-radiu și thoriu, au devenit cunoscute în câțiva ani după descoperirea radioactivității și au oferit o bază pentru construirea tehnicilor de datare radiometrică.