Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Реферат на тему «Способы оценки возраста Земли»

Практически любой человек, являясь жителем нашей планеты, задавался вопросом о том, какой действительно возраст Земли. На протяжении трех столетий великие умы выдвигали различные теории о начале возникновения планеты, подкрепляя их множеством экспериментов.

Написание реферата за 4 часа

Содержание

Введение
1. Конфликт длительности остывания с длительностью осадконакопления и разрешение этого спора с помощью радиоактивности
2. Оценка возраста методом радиохронологии
Список использованных источников

Введение

Практически любой человек, являясь жителем нашей планеты, задавался вопросом о том, какой действительно возраст Земли. На протяжении трех столетий великие умы выдвигали различные теории о начале возникновения планеты, подкрепляя их множеством экспериментов.

Существуют совершено противоположные методы определения возраста Земли: креационный (планета была сотворена Творцом) и эволюционный, согласно которому она была сформирована в результате длительных природных процессов, растянувшихся на миллионы, а то и миллиарды лет.

Знаменитое определение возраста Земли в 1654 году сделал ирландский епископ и ученый Джеймс Ашшер, воспользовавшись для этого Библией.

Начав от рождения Христа и используя жизнеописания библейских персонажей, он двигался вглубь времени и пришел к выводу, что Вселенная и Земля были сотворены за 4004 лет до Рождества Христова. Такие библейские определения возраста Земли (использовавшиеся задолго до Ашшера) считались обоснованными вплоть до XIX века, пока геологи, палеонтологи, астрономы и физики не представили свидетельства более адекватной шкалы времени.

В 1779 году француз Жорж Луи Леклерк де Бюффон (1707-1788) подверг сомнению результаты Ашшера. Он утверждал, что найденные к тому времени окаменелости успели бы сформироваться только в том случае, если возраст Земли составляет не менее 75 000 лет. Это радикальное предположение стало первым геологическим определением возраста Земли. При этом оно весьма неплохо совпадало с оценкой Исаака Ньютона, предположившего в своих «Началах» (1687), что возраст Земли должен составлять 50 000 лет. Эту оценку он получил, опираясь на время охлаждения железной сферы, размер которой он экстраполировал к размеру Земли. Граф Бюффон провел подобные эксперименты со сферами различного размера.

Вскоре шотландский геолог Джеймс Хаттон  выдвинул новую идею. Он предположил, что древние события можно понять, изучив современные процессы, такие как накопление песка на берегу или выбросы лавы и пепла при извержении вулканов: если их интенсивность не меняется со временем, их можно использовать для изучения геологических слоев и горных пород. Свои идеи Хаттон опубликовал в 1788 году в книге «Теория Земли». Он утверждал, что геологические слои формируются в течение долгого времени, что противоречило господствовавшей тогда теории катастроф, согласно которой геологические структуры сформировались почти мгновенно в ходе библейского Всемирного потопа.

Шотландец Чарлз Лайель (1797-1875) в своей книге «Основы геологии» (в трех томах, изданных в 1830-1833 годах) подчеркивал, что действующие сейчас физические законы работали и в прошлом и что геологические процессы всегда происходили так же и с той же скоростью, что и сегодня. Теперь-то мы знаем, что это не совсем так: некоторые процессы сильно менялись в прошлом.

Далее, под впечатлением работы Лайеля, Чарлз Дарвин обратил внимание на новый аспект в споре о возрасте, рассмотрев эволюцию от простейших организмов до человека. По его оценкам, геологические процессы должны были продолжаться 300 млн. лет, и этого времени — как он полагал — достаточно и для эволюции жизни. Ирландский геохимик Джон Джоли в 1899 году получил для возраста Земли примерно такой же результат — 90 млн. лет. Он основывался на вычислении времени, необходимого для того, чтобы океан стал соленым, вбирая в себя всю соль из речной воды. Он не вполне справедливо предполагал, что ежегодный принос соли не меняется и что океан не теряет соль. Итак, к началу XX столетия казалось, что геологический возраст Земли составляет 100 млн. лет или немного больше.

Следующим способом оценки возраста Земли стало физическое определение возраста. В 1862 году Уильям Томсон, известный также как лорд Кельвин, пересмотрел оценку графа Бюффона и вычислил, сколько времени потребуется земному шару, чтобы остыть от температуры 100 °С до 15 °С.

Для этого Кельвин использовал теорию теплопроводности Джозефа Фурье (сам Фурье фактически пришел к такому же результату, но не осмелился опубликовать столь радикальный для того времени вывод). У Кельвина получился возраст Земли 98 млн. лет. Подозревая, что в расчетах могут быть ошибки, он заявил, что диапазон возраста Земли составляет от 20 до 400 млн. лет. Если бы недра Земли ничем не подогревались, эта оценка была бы обоснованной.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

Поскольку Солнце и Земля, скорее всего, формировались вместе, их возрасты должны быть сравнимыми. Но это совершенно разные тела, поэтому для определения их возрастов требуются совершенно разные методы. В качестве первой оценки можно вычислить, что если бы Солнце состояло из углерода, который горит в кислороде, то при современной мощности излучения Солнца оно бы полностью сгорело всего лишь за 10 000 лет. Сегодня очевидно, что источником энергии Солнца не могут быть химические реакции.

Лорд Кельвин рассмотрел возможность того, что источником солнечной энергии, которую мы получаем сейчас, служит тепло, выделившееся при сжатии вещества Солнца в период его формирования, а также небольшое количество тепла, выделяющееся ныне при падении на Солнце метеоритов (их кинетическая энергия преобразуется в тепло). По его оценкам, Солнце не могло за счет этого светить 100 млн. лет и, тем более, 500 млн. лет. Он также оценил, что Солнце остынет примерно через миллион лет, что было весьма неприятно. Эти цифры дали и верхний предел для возраста Земли, совпадающий с независимыми оценками Кельвина.

Кельвин указывал, что его оценка в 100 млн. лет для Солнца противоречит оценке Дарвина в 300 млн. лет для Земли. Дарвин уступил и согласился, что подсчеты Кельвина могут быть верны. Однако вскоре конфликт между их оценками углубился: оказалось, что Кельвин переоценил возрасты Земли и Солнца. Его новые вычисления дали 20 млн. лет как для Солнца, так и для Земли. При этом предполагалось, что внутренних источников энергии нет, а Земля остыла из расплавленного состояния, когда у нее была максимальная температура. Время остывания до нынешнего состояния дало максимальное значение возраста.

1. Конфликт длительности остывания с длительностью осадконакопления и разрешение этого спора с помощью радиоактивности

Вначале последовательность геологических событий определялась по ископаемым остаткам растений и животных. Конкретный тип смеси окаменелостей в слое земли определяет его геологическую эпоху. Границы между разными слоями довольно резкие. Часто можно измерить различные отложения тем же способом, каким определяют возраст дерева, — по кольцам. Таким методом была измерена длительность каждой эпохи — по толщине осадочных слоев. Согласование этих слоев и их границ позволяет выстроить последовательность геологических эпох. Можно измерить современную скорость отложения осадков на дне моря в сантиметрах за год. Затем можно сложить толщину осадков всех известных геологических эпох и, разделив ее на толщину годичного отложения, и определить возраст осадочных пород Земли.

Одновременно с оценками Кельвина, профессор зоологии Оксфордского университета Эдвард Паултон, основываясь на современной скорости отложения осадков, пришел к выводу, что после кембрийского периода прошло около 400 млн. лет. А для начала кембрийского периода геолог Джон Гудчайлд получил потрясающую оценку в 700 млн. лет. Очевидно, что Земля и Солнце должны быть старше. Так возникло противоречие между возрастом в десятки миллионов лет, о котором говорили физики и биологи, и возрастом в сотни миллионов лет, определенным геологами.

2. Оценка возраста методом радиохронологии

Все эти оценки возрастов были кардинально пересмотрены после создания методов радиохронологии. После открытия в конце XIX века французским физиком Анри Беккерелем явления радиоактивности и установления законов радиоактивного распада появился еще один способ определения абсолютного возраста геологических объектов. Радиоизотопные методы вскоре, если не вытеснили, то существенно потеснили остальные методы датирования. Во-первых, они, казалось бы, дают возможность абсолютного определения возраста, а, во-вторых, они давали очень большой возраст пород порядка миллиардов лет, который устраивал эволюционистов.

В 1897 году Джозеф Джон Томсон открыл электрон, а в 1902 году Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди предложили теорию радиоактивного распада, легшую в основу учения об атоме и атомной энергии. Они поразили мир заявлением, что в процессе радиоактивного распада один элемент меняется на другой: уран превращается в радий, который распадается, выделяя газ радон.

Вскоре после этого Содди показал, что в результате выделяется не только радон, но и гелий. Радон тоже неустойчив и распадается на другие элементы.

Пару месяцев спустя, перед тем как Пьер и Мария Кюри были удостоены Нобелевской премии в 1903 году, Пьер обнаружил, что в процессе радиоактивного распада атом покидают электроны с выделением энергии в виде тепла. Даже если Кельвин был прав, полагая, что Земля охлаждалась из расплавленного состояния, он в любом случае не знал, что в то же время радиоактивные элементы внутри Земли производят достаточно тепла, чтобы затянуть процесс охлаждения практически на любой срок, который может понадобиться геологам.

Открытие того, что гелий является побочным продуктом распада урана, подтолкнуло Резерфорда к следующему шагу. Он понял, что, исходя из скорости образования гелия и замеров количества урана и гелия в породах, путем относительно простых расчетов мы можем оценить длительность накопления гелия и так установить возраст породы. Спустя год Резерфорд стал первым человеком, оценившим возраст горной породы при помощи радиоактивного распада, — он получил значение 40 млн лет. К сожалению, в его методе крылась ошибка, и отыскать ее помог Роберт Стратт, преподаватель физики из Лондонского королевского научного колледжа (Великобритания), который обратил внимание на то, что газообразный гелий может просачиваться сквозь породы. Это означало, что лишь часть радиогенного гелия оказывалась измеренной и полученный таким образом возраст был лишь минимальной оценкой. Заняться поисками более совершенного метода Стратт предложил одному из своих учеников, 20-летнему Артуру Холмсу.

В 1907 году американский химик Бертрам Болтвуд изучил породы, содержащие уран. Он заметил, что наряду с гелием в них содержалось большое количество свинца, и предположил, что свинец может быть конечным продуктом в цепочке распада урана. А Холмс, в свою очередь, понял, что если прав Болтвуд, то возраст породы можно получить, измеряя содержание в ней свинца, а не гелия. Тем самым определялось, какая доля урана успела распасться за время существования объекта — с момента кристаллизации в нем минералов. Ученый решил это попробовать.

Измеряя соотношение урана и свинца в породах, Артур Холмс разработал надежный экспериментальный метод датирования, открыв дорогу к определению возраста Земли.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Установка Артура Холмса для определения соотношения урана и свинца в минералах: минеральной раствор кипятят, собирают выделившийся газ радон, количество которого (в силу своей радиоактивности он приводит к ионизации воздуха) оценивается с помощью электроскопа.

В 1910 году Артур Холмс установил соотношение урана и свинца (U/Pb) для 17 различных минералов. Так удалось оценить возраст пород и показать, что свинец — стабильный продукт распада урана. Холмс выделял минералы из горных пород и сплавлял их с бурой в платиновом тигле, а полученную стекловидную массу растворял в разбавленной соляной кислоте. После кипячения раствора и отстаивания в закупоренной колбе радон собирался в газгольдер, его количество оценивалось с помощью электроскопа, реагирующего на радиоактивность. Известная скорость распада урана в радон позволяла оценить количество урана. Свинец анализировали при помощи тонкой химической процедуры, пока накапливался радон. Чтобы удостовериться в правильности результатов, эксперимент повторяли до пяти раз. Однажды Холмсу пришлось отбросить все данные и начать сначала, потому что радон просочился в комнату, исказив результаты эксперимента. Соотношение U/Pb в изученных минералах в среднем оказалось равным 0,045 — возраст пород был оценен в 370 млн лет. Кроме того, соотношение U/Pb последовательно менялось с изменением возраста пород, что свидетельствовало о надежности уран-свинцового метода датировки. Этот метод в конечном счете и послужил основой для современной оценки возраста Земли.

Полученные результаты позволили Холмсу прийти к выводу, что свинец — действительно конечный продукт распада урана и что теперь наконец найден надежный метод оценки возраста пород (в разных вариациях он используется до сих пор). Самая древняя порода в исследованных образцах имела возраст 1,64 млрд лет, а Земля должна была быть еще старше. Однако эти результаты приняли в штыки большинство геологов, которые доверяли Кельвину и полученным им цифрам.

Прогресс шел медленными темпами, а открытие изотопов Фредериком Содди в 1913 году всё лишь усложнило. В то время единственным способом отличить один изотоп от другого было получение их атомных масс, и лишь несколько лабораторий в мире могли справиться с этой задачей. Кроме того, Холмс понимал, что некоторое количество свинца, вероятно, присутствовало на Земле изначально. Он не мог определить, какой из изотопов свинца образуется в результате распада урана, а какой присутствовал на Земле с самого начала, поэтому его датировки не могли быть точными.

В 1924 году Холмс стал профессором в Даремском университете (Великобритания), где продолжил работу по созданию «общей шкалы геологического возраста» и установлению возраста всей Земли. Помимо прочего, он попытался разработать и новые методы датировки. Хотя каждый метод изначально выглядел многообещающим, спустя какое-то время все они были признаны непригодными. Наконец в 1938 году молодой физик Альфред Нир, работавший с новым масс-спектрометром Гарвардского университета (США), попытался выделить все известные изотопы свинца (химический символ РЬ). Он быстро обнаружил три известных изотопа радиогенного происхождения (от распадавшихся урана и тория) — 206РЬ, 207РЬ и 208РЬ. А в конце спектра заметил еще один крошечный всплеск. Тогда и был наконец идентифицирован первичный изотоп 204РЬ — недостающий элемент в уран-свинцовой головоломке.

Нир занялся разработкой геохронологической шкалы времени. Перед Второй мировой войной он провел серию очень точных экспериментов, позволивших определить возраст 2S разных пород из различных геологических формаций. Возраст одного из исследованных минералов, пегматита из Манитобы, был оценен в 2,48 млрд лет. Заинтересовавшись результатами Нира, Холмс написал ему в мае 1945 года (после того как тот закончил свою работу в Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы, в котором тогда принимали участие очень многие американские физики).

К тому времени американский астроном Эдвин Хаббл определил, что возраст Вселенной составляет лишь 1,8 млрд лет. А ведь данные Нира показывали, что это не может быть истиной — вся Вселенная не моложе Земли. Холмс предсказал, что данные Нира еще помогут уточнить возраст Земли. Он же приобрел одну из первых вычислительных машин для завершения сложных вычислений и вновь обратился к Ниру 16 февраля 1946 года, написав, что возраст Земли должен быть в районе 3 млрд лет и что лучший набор данных приводит его к значению 3,015 млрд лет.

К началу 1950-х годов метод уран-свинцовых изотопов для датировки пород наконец стал общепризнанным. Но Холмс был уже нездоров и отошел от исследований, предоставив следующему поколению продолжить его поиски. По мере усовершенствования технологии другой американский исследователь, Клэр Паттерсон, сумел выявить исчезающе малые количества свинца в железных метеоритах.

Преимущество выбора именно железных метеоритов в том, что содержание урана в них незначительно, поэтому любой первичный свинец не загрязнен свинцом радиогенного происхождения. Паттерсон сообразил, что если Земля (согласно предположениям астрономов) была сформирована в то же время, что и Солнечная система, то можно использовать данные по количеству первичного свинца, выделенного из метеоритов, для определения текущего возраста Земли.

Следующие три года Паттерсон провел в попытках это подтвердить. В 1956 году ему удалось наконец показать, что Земля, планеты и метеориты имели общее начало. Он проанализировал содержание свинца в пяти метеоритах и выяснил, что соотношения их изотопов легли на прямую линию (изохрону), которая и дала возраст 4,55 ± 0,07 млрд лет. Кроме того, образцы с Земли (а позже и Луны) легли на эту линию, то есть Земля и метеориты сформированы примерно в одно время из одного солнечного вещества около 4,5 млрд лет назад.

Список использованных источников

1. Пекка Теерикор. Эволюция Вселенной и происхождение жизни. – Москва: Эксмо, 2010. – 138 с.
2. Хунджуа А. Г., Волчкова В. Б. Урок. Методы определения возраста земли и Вселенной: [Электронный ресурс] . URL: http://www.portal-slovo.ru/impressionism/36212.php. (Дата обращения: 05.12.2015).
3. Планета земля и наша вселенная: [Электронный ресурс]. URL: http://galaktikaru.ru. (Дата обращения: 05.12.2015).
4. Исследование Солнечной Системы: [Электронный ресурс]. URL: http://galspace.spb.ru. (Дата обращения: 05.12.2015).
5. Радиоизотопное датирование // Википедия. [2015—2015]. Дата обновления: 08.02.2015. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=68455725. (Дата обращения: 05.12.2015).

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

1931

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке