Neuvěřitelné stáří planety Země

…aneb Odhady věku Země od Písma svatého po radiometrické datování

Dějiny odhadů stáří naší planety jsou velmi zajímavým příběhem. Pohlížíme-li na tuto historii jako na kuriózní přehled podivných a někdy až vyšinutých teorií a myšlenek, brzy ji navíc shledáme docela zábavnou. Dnes víme, že se Země zformovala před více než 4,5 miliardami let, tedy vpravdě nepředstavitelně dlouhou dobou. Tyto dech beroucí číselné údaje však známe jen několik posledních desítek let. Až do objevu radioaktivních datovacích metod totiž lidé věřili, že svět je starý pouhých několik tisíciletí. Pojďme se tedy podívat, jak se pohled na stáří naší planety proměňoval a utvářel s postupně se hromadícími vědeckými poznatky. Již v období starověku si někteří učenci povšimli výskytu různých zkamenělin v po sobě jdoucích vrstvách sedimentů. Zřídka se pak vyskytla vizionářská myšlenka o velkém stáří světa a postupném dlouhodobém vývoji organismů. Tyto rané myšlenky o vývoji a vyhynutí dávného tvorstva však nemohly ohrozit po delší dobu panující náboženská přesvědčení. Nezpochybnitelnou autoritou ve středověké Evropě bylo Písmo svaté, umožňující hlásat pouze myšlenky, které nebyly v rozporu s biblickým pojetím vzniku světa. Nejkurióznější případ takového postoje přitom známe z poloviny 17. století. V roce 1654 vyšla kniha Annalium Pars Postierior irského arcibiskupa Jamese Usshera, ve které tento duchovní propočítal vznik světa s naprostou přesností na 23. říjen roku 4004 před narozením Krista. Využil přitom biblickou genealogii jako jediný platný zdroj informací. Až do druhé poloviny 18. století se pak neobjevila žádná obecně povšimnutá snaha o zpochybnění nevědeckých představ o stáří světa či planety v rámci pouhých několika tisíciletí. Jedinou výjimku představoval již mnohem dříve – ve 3. století př. n. l. – babylonský kněz Berossus, který ve své chronologii stanovil stáří světa na pozoruhodných 432 000 let.

…

Nádherná planeta, obíhající okolo hvězdy Slunce v průměrné vzdálenosti zhruba 150 milionů kilometrů. Jako dosud jediné známé vesmírné těleso hostí Země komplexní formy života, a to již celé miliardy let. Její vlastní stáří ale bylo až do minulého století velkou záhadou. Kredit: NASA/Apollo 17, převzato z Wikipedie.

…

V průběhu 11. století dospěli nejméně tři učenci (arabští mudrci Al Beruni a Avicenna a čínský vědec a státník Šen Kua) nezávisle na sobě k poznání, že zemská kůra se musela formovat nesmírně dlouhou dobu, kterou snad ani není možné reálně propočítat. Tento tzv. „koncept hlubokého času“ byl v Evropě přijat až o sedm století později s pionýrskými pracemi prvních novověkých přírodovědců. Velkým průlomem byla zejména práce dánského vědce Nielse Stensena, zvaného Nicolaus Steno (1638-1686). Ten navázal na starší Avicennovy myšlenky a jako první odhalil neoddělitelnou souvislost mezi přítomností zkamenělin a vrstev hornin. Definoval také některá základní pravidla budoucí vědecké geologie – například, že starší vrstvy jsou v neporušeném vrstevním sledu vždy umístěny pod mladšími. Na Stenovu práci následně navázal skotský geolog James Hutton (1726-1797) i jeho mladší anglický kolega William Smith (1769-1839). Práce těchto „otců“ vědy o Zemi poprvé postavila biblická dogmata do značně nepříznivého světla. Další příspěvek do této otázky přinesl ruský přírodovědec a průkopník na vědeckém poli Michail Lomonosov (1711-1765). Ten vyslovil názor, že naše planeta vznikla odděleně od zbytku vesmíru před několika stovkami tisíc let. Trochu umírněnější byl Francouz George-Louis Leclerc, de Buffon (1707-1788), který ke svému odhadu z roku 1779 využil jednoduchý fyzikální experiment. Údajně podle dělové koule utvořil malý model Země o podobném chemickém složení a poté měřil dobu jejího vychladnutí. Příslušným přepočtem na velikost pak dostal kýžený odhad stáří – 75 000 let. V porovnání se skutečným stářím planety jde stále o směšná čísla, v dané době však představovala významný pokrok. Není ostatně divu, že Buffon byl posledním známým vědcem, který se pro podezření z „kacířských myšlenek“ musel podrobit výslechu inkvizičního soudu.

……

Irský arcibiskup James Ussher z Armaghu, autor jedné z nejdéle respektovaných biblických genealogií, jejímž výsledkem byl odhad stvoření světa roku 4004 př. Kr. Autorem obrazu je Cornelis Janssens van Ceulen (1641), převzato z Wikipedie.

……

Doba však dozrála do stavu, který již nepřipouštěl návrat k dávno překonaným a již dále neudržitelným myšlenkám. Mnozí přírodovědci si na několika kontinentech všímali silných vrstev, jejichž zformování muselo zabrat dobu mnohem delší, než jakou naznačoval text Bible. Na přelomu 18. a 19. století však ještě nikdo neměl jasnou představu, o jak dlouhou dobu by ve skutečnosti mohlo jít. V roce 1830 ovlivnil další představy o vývoji planety proslulý britský geolog a Darwinův přítel Charles Lyell (1797-1875). Ve svém stěžejním díle Základy geologie doložil, že změny zemského povrchu probíhající v dávné minulosti probíhají stejným tempem i dnes. V důsledku to znamenalo, že Země musí být stará nepředstavitelně dlouhou dobu, po kterou vznikaly dnešní velehory, mořská dna a další útvary zemské kůry. Jeden z prvních pravdě se blížících odhadů byl publikován britským fyzikem Williamem Thomsonem (později Lordem Kelvinem, 1824-1907) v roce 1862; měl pro mnohé zcela šokující hodnotu 20-400 milionů let. Při svém výzkumu Kelvin částečně navazoval na Buffonův experiment, ovšem s lepším vybavením i prostředky. Předpokládal přitom, že Země se zformovala jako žhavotekutá koule, která postupně chladla až k současné teplotě. Při svých výpočtech ovšem nepočítal s teplem, uvolněným radioaktivním rozpadem, v té době ještě fyzikům neznámým. V letech 1856 a 1892 přišli další dva vědci, němec Hermann von Helmholtz a kanadský astronom Simon Newcomb k údajům 22 resp. 18 milionů let, založeným na výpočtu doby, potřebné ke vzniku Slunce z původního oblaku plynů a prachu. Již zmíněný „otec evoluční myšlenky“ Charles Darwin (1809-1882) i jeho slavný zastánce Thomas Henry Huxley (1825-1895) však tyto údaje neuznávali a poukazovali na jejich značnou nepřesnost. Darwin sám dobře předpokládal, že k vývoji organického života až do dnešní podoby musel uplynout ještě mnohem delší čas, řádově snad až ve stovkách milionů let. Ještě na konci 19. století však prakticky neexistoval způsob, jak datovat stáří planety, zkamenělin nebo geologických vrstev s dostatečnou a vědecky podloženou přesností.

…

Francouzský přírodovědec Georges Louis Leclerc de Buffon přistoupil jako jeden z prvních učenců k otázce stáří Země experimentálně. Výsledkem byl odhad 75 000 let, což bylo podstatně více než u Usshera, reálně ale zaostal za správným výsledkem více než 60 000krát. Kredit: François-Hubert Drouais (1753), převzato z Wikipedie.

…

Vzácnou výjimkou byl v roce 1895 irský inženýr a matematik John Perry (1850-1920), který výpočtem, souvisejícím s pohybem teplotních proudů v zemské kůře získal údaj překvapivě blízký skutečnosti – 2 až 3 miliardy let. Jako první tak přišel s dnes ověřenou hodnotou v řádu miliard let. Jeho kolegové však stále pracovali s čísly o řád menšími. Jedním z posledních odhadů stáří planety bez využití radioaktivního datování byl výpočet dalšího irského fyzika Johna Jolyho (1857-1933) z let 1899 a 1900. Joly se zaměřil na výpočet doby, potřebné k akumulaci mořské soli z erozivních procesů a vyšlo mu rozpětí 80-100 milionů let. V té době však již fyzici Henri Becquerel a manželé Curieovi pracovali na objevu radioaktivity a během pouhých několika dalších let bylo radiometrické datování připraveno poodkrýt jedno z největších tajemství dějin – stáří naší mateřské planety. Jedním z prvních výsledků využití radioaktivity bylo datování stáří jisté horniny Sirem Williamem Ramsayem (1852-1916), spolupracujícím mimo jiné také se slavným Ernestem Ruthefordem (1871-1937). Měřením koncentrace hélia obdržel tehdy Ramsay věk 40 milionů let (nešlo o datování stáří Země), to byl však teprve skromný začátek. Koncem roku 1905 byly postupy radioaktivního datování vylepšeny a americký radiochemik Bertram B. Boltwood (1870-1927) získal datováním 26 různých vzorků horniny rozpětí 92 až 570 milionů let. Své výsledky vědec publikoval v geologickém časopise v roce 1907 a tehdejší vědeckou veřejnost ještě příliš neohromily. V té době se ostatně dinosaurům přičítalo stáří pouhých několika milionů let, například jurský Allosaurus měl žít asi před 3 až 8 miliony let, oproti skutečným 150 milionům. Mongolský Protoceratops byl zase ve 20. letech datován na 13 milionů let, ve skutečnosti žil ale před šestkrát delší dobou. Boltwood později zpřesnil svoje metody datování a po opakovaných testech mu vyšly údaje ještě výrazně vyšší – 250 milionů až 1,3 miliardy let. Scéna už ale byla připravena pro finální dějství tohoto příběhu. Člověk tak teprve na počátku 20. století zjistil, jak nesmírná je doba existence jeho rodné planety.

…

Arthur Holmes, talentovaný britský geolog, který jako první nechal Zemi zestárnout řádově do miliard let. Na snímku z roku 1912 ve věku 22 let již experimentoval s radioaktivním datováním a o pouhý rok později publikoval první verzi svého díla The Age of the Earth. Převzato z Wikipedie.

…

Další významnou osobností, spojenou s datováním stáří Země, byl především Arthur Holmes (1890-1965). Tento britský geolog věnoval takřka celou svoji profesionální kariéru radiometrickému datování hornin. V době, kdy téměř všichni ostatní toto úsilí vzdali, pokračoval Holmes energicky v pokusech s datováním pomocí olova. Již v roce 1911 v pouhých jednadvaceti letech velmi přesně datoval norské horniny z období prvohorního devonu (stáří 370 milionů let). O dva roky později publikoval stěžejní práci „Věk Země“ (The Age of the Earth), kde ještě mírně zvýšil horní odhad Boltwooda a stanovil stáří prekambrických hornin na 1,6 miliardy let. Věnoval se také teoretickým problémům s radioaktivním datováním a přes skeptický pohled většiny kolegů značně vylepšil a zpřesnil samotné datovací metody. V roce 1927 přišel s dalším navýšením odhadu, když postuloval pro mnohé neuvěřitelných 1,6 až 3,0 miliardy let. Geologická komunita však fyzikálně zaměřeného Holmese příliš nerespektovala a jeho údajům dlouho nedopřávala zasloužené pozornosti. „Otec moderní geochronologie“, jak začal být Holmes nazýván, pak ve 40. letech přichází s posledním navýšením stáří na 4 500 (+- 100) milionů let. V podstatě poslední velký posun v datování stáří naší planety přinesl rok 1956, kdy americký geochemik Clair C. Patterson (1922-1995) ještě za Holmesovy asistence použil datovací metodu uran-olovo ke zjištění stáří meteoritů, pocházejících z nejstarších období po zformování naší planety. Vyšel mu údaj rovnající se 4,55 miliardy let, platný s drobným zpřesněním dodnes. Původně vesmírná tělesa jako meteority jsou přitom pro datování výhodnější, jelikož oproti horninám zemské kůry nejsou zdaleka tolik pozměněny probíhající erozí nebo tektonickými a hydrotermálními pochody na Zemi. V následujících 50 letech byl Pattersonův údaj nadále prověřován a stáří planety bylo určováno také jinými technikami, přičemž dodnes jich bylo v závislosti na použitém materiálu vyvinuto asi čtyřicet. Dnes je nejčastěji uváděna hodnota 4,56 miliardy let s pouhým 1 procentem možné odchylky. Tak stará je tedy naše mateřská planeta, které se před pouhými několika generacemi přisuzovala jen „pouhá“ tisíciletí.

…

Jeden z meteoritů z „Ďáblova kaňonu“, objevené nedaleko obřího dopadového kráteru Barringer v Arizoně. Právě vzorky z původního impaktního tělesa, které dopadly na Zemi asi před 50 000 let, umožnily C. C. Pattersonovi určit přesnější stáří Země (na 4,55 miliardy let). Kredit: Geoffrey Notkin, Wikipedie

…

Mgr. Vladimír Socha

Slovníček:

Koncept Mladé Země – koncept relativně nedávného vzniku nebes, Země a života na ní všemohoucí bytostí někdy v době před 5700 až asi 10 000 let. Jde vlastně o doslovné chápání biblického výkladu stvoření světa Bohem během 6 čtyřiadvacetihodinových dnů. Dosud je uznáván v některých komunitách křesťanských a židovských kreacionistů.

Koncept Hlubokého času – v podstatě opak předchozího. Myšlenka nesmírně dlouhého geologického času, který musel uplynout od událostí, jako byl vznik vesmíru, planety nebo života. Byl poprvé vysloven v 11. století, vědecky však začal být dokazován až v posledních dvou stoletích.

Avicenna – (Ibn Síná, 980-1037), středověký perský učenec, přírodovědec a lékař. Patří mezi nejvýznamnější a nejvlivnější myslitele celého středověku, jeho poznatky byly i v Evropě respektovány a uznávány ještě během 17. století.

Radioaktivní datování – (též radiometrické datování) je metoda užívaná při datování různých materiálů, obvykle založená na srovnání mezi množstvím přirozeně se vyskytujícího radioaktivní izotopu s jeho produkty rozpadu, za využití známých poločasů rozpadu. Jde o jeden z hlavních informačních pramenů o skutečném věku hornin, zkamenělin, stáří planety apod.

…

Tabulka postupného zvyšování odhadů stáří Země:

Starověk, středověk – náboženská či mytologická chronologie, později autoritou Písmo Svaté, několik tisíc až několik stovek tisíc let

1654 – vznik světa kladen irským arcibiskupem Ussherem do roku 4004 př. n. l. (v té době by tedy svět existoval asi 5658 let, dnes 6019 let), další odhady přibližně 3000 – 6000 let

1779 – Francouz Buffon přichází s odhadem 75 000 let, Rus Lomonosov o něco dříve s několika stovkami tisíc let

První polovina 19. století – vzniká geologie jako vědecká disciplína, první nesmělé odhady již stoupají k milionům let

1862 – Lord Kelvin jako první přichází s vyšším odhadem, stanovuje rozpětí 20-400 milionů let

1899-1900 – Irský fyzik John Joly přichází s podobným odhadem, ten činí 80-100 miliony let

1905 – Američan Bertram Boltwood poprvé stanovuje svůj odhad s použitím radioaktivity, získává údaj 92-570 milionů let, později až 1,3 miliardy let

1913 – Britský geochronolog Arthur Holmes zvyšuje odhad na 1,6 miliardy let

1927 – Holmes získává vylepšenou metodou datování přesnější údaj 1,6-3,0 miliardy let

1956 – Američan Clair Patterson stanovuje datováním meteoritů dosud platných 4,5 miliardy let, tento údaj se v následujících desetiletích mění již pouze v rámci desítek milionů let (druhé desetinné čárky)

2015 – stáří planety dnes stanoveno s malou odchylkou na přibližně 4,56 miliardy let

…

Odkazy:

http://en.wikipedia.org/wiki/Age_of_the_Earth

http://en.wikipedia.org/wiki/James_Ussher

http://en.wikipedia.org/wiki/Georges-Louis_Leclerc,_Comte_de_Buffon

http://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Holmes

http://en.wikipedia.org/wiki/Clair_Cameron_Patterson

http://en.wikipedia.org/wiki/Canyon_Diablo_%28meteorite%29

…