Quanti anni ha la Terra? La risposta è nelle rocce

QUANTI ANNI HA LA NOSTRA TERRA?

Sin dalla nascita delle prime civiltà, l’uomo ha cercato di studiare i fenomeni naturali che osservava sia per utilizzarli a proprio vantaggio sia per difendersi da essi. Allo stesso tempo l’osservazione della natura ha suscitato molte domande ai nostri antenati tra cui: “ Quanti anni fa ha avuto origine la Terra? ”. La risposta a questa antica domanda è stata ricercata per molti secoli, talvolta arrivando a soluzioni errate. Tuttavia, gli sforzi per trovare la soluzione hanno migliorato la conoscenza del nostro pianeta sotto moltissimi aspetti differenti: molti scienziati hanno studiato la dissipazione del calore, altri la salinità degli oceani, altri ancora la radioattività naturale. Molte di queste erano strade sbagliate per la risposta alla fatidica domanda, ma hanno contribuito ad un avanzamento culturale in diversi campi scientifici.

Nonostante oggi abbiamo una buona stima dell’età della Terra, la comunità scientifica cerca di diminuire l’incertezza studiando frammenti di meteoriti e le più antiche rocce che possiamo trovare sul nostro pianeta. La storia di questa domanda è molto antica e moltissimi scienziati e personaggi ecclesiastici hanno provato a cercare risposte seguendo strade differenti, ma spinti dalla stessa curiosità e voglia di capire meglio il posto in cui viviamo.

UNA VECCHIA DOMANDA

Le prime congetture che potessero rispondere alla domanda : “ quanti anni di vita ha la Terra?” derivavano dalle sacre scritture che rappresentavano le uniche fonti di conoscenza in tempi antichi. Le principali ipotesi, prodotte da John Lightfoot e James Ussher determinavano il giorno della creazione rispettivamente al 3928 a.C., nel giorno dell’equinozio d’autunno, e nel pomeriggio del 22 ottobre del 4004 a.C.

Queste stime ovviamente non derivavano da uno studio scientifico ma soltanto da un’interpretazione dell’antico testamento. Tuttavia, lassi di tempo così brevi non potevano spiegare la formazione di catene montuose e la deposizione di enormi volumi di rocce sedimentarie. La teoria del Catastrofismo ovviava a questo problema, spiegando che le catene montuose, sequenze sedimentarie e morfologie di qualunque tipo erano prodotte da fenomeni naturali estremi che potevano modellare il paesaggio in un tempo brevissimo, pressoché istantaneo.

Tra la fine del 1700 e l’inizio del 1800 il fisico James Hutton e il geologo Charles Leyell avevano fondato la nuova scuola di pensiero dell’attualismo il cui motto recita: “Il presente è la chiave per comprendere il passato”. In altre parole, Leyell e Hutton sostenevano che i fenomeni naturali che hanno dato origine a tutti i paesaggi che possiamo osservare sono dovuti a processi lenti e graduali che hanno agito in passato e che tutt’ora agiscono inesorabilmente. Secondo questo punto di vista la giusta domanda non era semplicemente “quanti anni ha la Terra ?” ma “quanti milioni di anni ha la Terra?”. Questo principio ha permesso di capire che il nostro pianeta è enormemente più anziano rispetto alle stime derivanti dai predecessori di Hutton e Leyell.

Le prime stime quantitative derivano dal fisico William Thomson, che ipotizzava che la Terra fosse stata creata per accrescimento di piccoli pianeti che scontrandosi crescevano sempre di più. La Terra in questo periodo era praticamente una sfera incandescente che con il tempo cominciò a raffreddarsi. Thomson, noto anche con il nome di Lord Kelvin, cercò di determinare l’età della nostra Terra misurando la velocità con la quale si stava raffreddando in modo da risalire al periodo in cui era completamente fusa. I suoi calcoli, che coinvolgevano anche studi riguardanti il calore irradiato dal Sole, stimavano che la Terra avesse un’età compresa tra i 20 e i 40 milioni di anni.

Kelvin, tuttavia, specificava che qualora ci fosse un meccanismo interno alla Terra in grado di produrre calore, le sue stime non sarebbero state più attendibili. John Joly indicava un’età di circa 90 milioni di anni in base a studi riguardanti la salinità degli oceani calcolando in quanto tempo essi, inizialmente composti da acqua dolce, avessero potuto raggiungere la salinità attuale grazie al contributo di sali portati dall’acqua dei fiumi.

La svolta verso la giusta direzione si ebbe grazie alla scoperta della radioattività naturale di alcuni elementi, che rappresentavano anche un meccanismo di produzione di calore interno alla Terra. Tale scoperta fu seguita dallo sviluppo di complesse tecniche grazie alle quali era possibile valutare l’età di una roccia che conteneva tali elementi radioattivi come l’Uranio-238 e 235, il Torio-232, il Rubidio-37, il Potassio-40 e il Carbonio-14.

STIME MODERNE

Tutte le moderne stime dell’età della Terra derivano da datazioni radiometriche di diversi campioni di roccia, che si pensa essere molto antiche. I geologi hanno cercato sul nostro pianeta i campioni di roccia più antichi possibili in modo da ottenere un’età veritiera del nostro pianeta. Il problema è che il fenomeno della tettonica a placche produce un continuo riciclo delle rocce; perciò, è molto difficile trovare delle rocce molto antiche. Al centro di alcuni continenti , in zone dette “cratoniche”, alcune di queste rocce antiche si sono conservate e sono stati fatti numerosi sforzi per il loro recupero e datazione. Altri studi hanno posto l’attenzione sull’età di rocce lunari, raccolte a seguito delle missioni Apollo, e dei corpi del Sistema Solare.

Ma come funziona la datazione radiometrica? Un buon esempio per capire il fenomeno è stato fornito da J.C. Reed, Jr. in cui si immagina di possedere un sacchetto di biglie bianche che spontaneamente diventano nere. Non tutte le biglie cambiano colore con la stessa velocità: in un anno solo metà delle biglie avranno cambiato colore, delle restanti soltanto la metà diventeranno nere nel prossimo anno e così via. Si può quindi costruire la “curva di decadimento”, ovvero un grafico in cui si riporta sull’asse delle ascisse il tempo trascorso e su quello delle ordinate in numero di biglie bianche. In questo modo, in un qualunque periodo di tempo contando il numero di biglie bianche e nere è possibile risalire al tempo trascorso da quando tutte le biglie erano bianche.

Questo concetto si può applicare alle rocce, in quanto esse contengono degli isotopi instabili che decadono spontaneamente in isotopi più stabili, nel fare ciò emetteranno delle radiazioni. Perciò, contando il numero degli isotopi genitori instabili (le biglie bianche) e degli isotopi figli più stabili (biglie nere) è possibile risalire all’età del campione analizzato. Questa metodologia si applica non solo alle rocce ma anche alla datazione di reperti archeologici attraverso il metodo del Carbonio-14.

Le rocce più antiche della Terra

Per capire quanti anni fa ha avuto origine la Terra i geologi hanno cercato la roccia più antica presente sulla superficie del nostro pianeta in modo da datare gli zirconi in esse contenute attraverso il metodo dell’Uranio-Piombo, in cui l’Uranio-238 rappresenta l’isotopo padre e il Piombo-206 l’isotopo figlio. Le rocce più antiche che sono state datate provengono da Canada Nord-occidentale (4.03 miliardi di anni), dalla Groenlandia (da 3.7 a 3.8 Byr), dal Michighan (da 3.5 a 3.7 Byr), dalla Svizzera (da 3.4 a 3.5 Byr).

Il campione più antico è stato trovato in Australia ed è uno zircone, trovato all’interno di una roccia più recente, datato a circa 4.4 miliardi di anni. Le analisi geochimiche effettuate su questo campione mostrano però che, quando lo zircone si è formato, sulla Terra era già presente acqua e rocce continentali. Questo ci dice quindi che la formazione della Terra era avvenuta già da un bel pezzo, in quanto ha avuto il tempo di raffreddarsi abbastanza da avere acqua allo stato liquido sulla sua superficie.

I primissimi istanti di vita della Terra, corrispondenti a diversi milioni di anni, sono stati caratterizzati da intensi bombardamenti di meteoriti che intercettavano l’orbita della Terra. Tra questi, un piccolo pianeta in formazione delle dimensioni paragonabili a quelle di Marte, ha colpito la Terra alla fine della sua formazione causando la frammentazione di parte del nostro pianeta in una nuvola di particelle di roccia fusa che si sono condensate insieme formando la Luna. Questa parte di storia non è stata conservata nelle rocce terrestri; perciò, le datazioni che possiamo ottenere grazie ad esse non coincideranno mai con la vera età della Terra.

Età della Luna e del Sistema solare.

Siccome le rocce terrestri che possiamo recuperare non sono molto rappresentative dell’età esatta della Terra, i geologi hanno cercato di datare il nostro satellite, che sarebbe nato all’incirca quando la Terra era quasi completamente formata. Molte rocce lunari, recuperate grazie alle missioni Apollo, di cui la più famigerata è Apollo 11, sono state datate attraverso il metodo dei radio isotopi fornendo un’età di 4.53 miliardi di anni (per approfondire leggi questo articolo sulla ” Vecchia signora “, la Luna). Anche se di fatto la Luna è più giovane rispetto alla Terra, le sue rocce sembrano essere più antiche in quanto la tettonica a placche non ha agito sul nostro satellite, al contrario della Terra, e quindi non ha provocato la distruzione di queste antichissime rocce.

Secondo l’agenzia statunitense USGS, il miglior modo per rispondere finalmente alla domanda “ quanti anni ha la Terra? ” è quello di considerare il nostro pianeta e le meteoriti come un unico sistema in evoluzione. Seguendo questo approccio, sono state datate molte meteoriti cadute sulla Terra la cui età riflette quella del sistema Solare. Questo metodo ha fornito un’età della Terra di 4.54 miliardi di anni con un’ incertezza inferiore all’1%. Quest’ultima datazione è congruente con le stime dell’età della Via Lattea ( tra gli 11 e i 13 miliardi di anni) e dell’intero universo (circa 15 miliardi di anni).

Capire con maggior precisione quanti anni fa ha avuto origine la Terra è di fondamentale importanza per studiare i meccanismi di formazione di sistemi planetari, l’evoluzione della nostra atmosfera e della vita che oggi popola il nostro pianeta e che potenzialmente potrebbe svilupparsi in altri pianeti. Gli sforzi per rispondere a questa domanda hanno inoltre permesso lo sviluppo di tecniche adatte a datare materiali e rocce di qualsiasi epoca, consentendo un incremento delle nostre conoscenze in diversi campi scientifici.