지구는 몇 살일까요? (지구와 태양계의 나이)

과학자들이 지구의 나이를 알아내는 방법은 다음과 같습니다. 행성 지구에는 형성을 기록할 수 있는 출생증명서가 없습니다. 이는 과학자들이 행성의 나이를 결정하기 위해 수백 년을 고생했다는 의미입니다. 그렇다면 지구는 몇 살일까요? 끊임없이 변화하는 지구의 지각에 있는 암석과 달, 운석 등 지구 이웃에 있는 암석의 연대측정을 통해 과학자들은 지구의 나이가 45억4천만 년이고 오차 범위는 5천만 년이라는 것을 계산했습니다.

 

지구의 암석은 몇 살입니까?

과학자들은 지난 400년 동안 이 행성의 연대측정을 여러 차례 시도했습니다. 그들은 변화하는 해수면, 지구나 태양이 현재 온도로 냉각되는 데 걸리는 시간, 바다의 염도를 기반으로 나이를 예측하려고 시도했습니다. 연대 측정 기술이 발전함에 따라 이러한 방법은 신뢰할 수 없는 것으로 판명되었습니다. 예를 들어, 바다의 상승과 하강은 점차적으로 감소하는 과정이 아니라 끊임없이 변화하는 과정으로 나타났습니다. 그리고 행성의 나이를 계산하려는 또 다른 노력에서 과학자들은 표면을 덮고 있는 암석에 주목했습니다. 그러나 판구조론은 지각을 끊임없이 변화시키고 개량하기 때문에 최초의 암석은 오랫동안 재활용되고 녹아서 새로운 노두로 재형성되었습니다.

 

과학자들은 또한 암석의 퇴적층이 사라진 것처럼 보이는 대부정합이라는 문제와 싸워야 합니다. 예를 들어 애리조나 대학교에 따르면 그랜드 캐니언에는 12억 년 된 암석을 찾을 수 없습니다. 이 부적합에 대한 설명은 여러 가지가 있습니다. 2019년 초, 한 연구에서는 전 세계적으로 빙하기가 발생하며 빙하가 암석에 부딪혀 붕괴를 초래했다고 제안했습니다. 판 구조론은 부서진 암석을 다시 지구 내부로 던져 오래된 증거를 제거하고 새로운 암석으로 바꾸었습니다. 20세기 초에 과학자들은 방사성 연대 측정 과정을 개선했습니다. 이전 연구에서는 일부 방사성 원소의 동위원소가 예측 가능한 속도로 다른 원소로 붕괴되는 것으로 나타났습니다. 기존 원소를 조사함으로써 과학자들은 방사성 원소의 초기 양을 계산할 수 있고, 따라서 원소가 붕괴하는 데 걸린 시간을 계산하여 암석의 나이를 결정할 수 있습니다.

 

현재까지 발견된 지구상에서 가장 오래된 암석은 캐나다 북서부 그레이트 슬레이브 호수 근처에 있는 아카스타 편마암으로, 나이는 40억3천만 년입니다. 그러나 35억 년보다 오래된 암석은 모든 대륙에서 발견될 수 있습니다. 그린란드는 이수아 초지층 암석(37억~38억 년)을 자랑하는 반면, 스와질란드 암석은 34억~35억 년 전의 암석이며, 서호주의 표본의 나이는 34억~36억 년입니다. 호주의 연구 그룹은 지구상에서 가장 오래된 광물 곡물을 발견했습니다. 이 작은 규산지르코늄 결정체의 나이는 43억 년에 이르며, 이는 지금까지 지구상에서 발견된 지 가장 오래된 육상 물질입니다. 그것들에서 근원암은 아직 발견되지 않았습니다.

 

한편, 과학자들은 지구에서 70억 년 된 별먼지도 발견했습니다. 암석과 지르콘은 지구의 나이에 대한 하한선을 43억 년으로 설정합니다. 왜냐하면 행성 자체는 표면에 있는 어떤 것보다 오래되어야 하기 때문입니다. 생명체가 언제 발생했는지는 여전히 논쟁거리입니다. 특히 일부 초기 화석은 자연 암석 형태로 나타날 수 있기 때문입니다. 2018년 연구에서 발표된 바와 같이, 초기 형태의 생명체 중 일부가 서호주에서 발견되었습니다. 연구자들은 화석이 될 수 있는 34억 년 된 암석에서 작은 필라멘트를 발견했습니다. 다른 연구에서는 생명이 훨씬 더 일찍 시작되었다고 제안합니다. 퀘벡의 화산암에 있는 적철광 관에는 37억7천만 년에서 42억9천만 년 전에 미생물이 포함되었을 수 있습니다. 그린란드 남서부의 암석을 조사한 연구자들은 또한 약 37억 년 전에 미생물 군집을 둘러싸고 있을 수 있는 원뿔 모양의 구조를 발견했습니다.

 

태양계는 몇 살입니까?

지구의 나이를 더욱 정밀화하려는 노력의 일환으로 과학자들은 바깥쪽으로 눈을 돌리기 시작했습니다. 태양계를 구성하는 물질은 어린 태양을 둘러싸고 있는 먼지와 가스 구름이었습니다. 중력 상호 작용으로 인해 이 물질이 거의 동시에 행성과 달로 합쳐졌습니다. 과학자들은 태양계의 다른 천체를 연구함으로써 행성의 초기 역사에 대해 더 많은 것을 알아낼 수 있습니다. 지구에 가장 가까운 물체인 달은 지구의 지형 전체에서 발생하는 재포장 과정을 경험하지 않습니다. 따라서 달 초기의 암석은 여전히 달 표면에 남아 있습니다. 아폴로와 루나 임무에서 반환된 샘플에서는 44억~45억 년 사이의 연대가 밝혀져 지구의 나이를 제한하는 데 도움이 되었습니다. 달이 어떻게 형성되었는지는 논쟁의 여지가 있습니다. 지배적인 이론은 화성 크기의 물체가 지구에 충돌하여 파편이 결국 달로 합쳐졌다고 제안하는 반면, 다른 이론은 달이 지구보다 먼저 형성되었다고 제안합니다.

 

과학자들은 태양계의 큰 몸체 외에도 지구에 떨어진 작은 암석 방문객을 연구했으며, 운석은 다양한 곳에서 정보가 나옵니다. 일부는 격렬한 충돌 후 다른 행성에서 쫓겨났지만, 다른 일부는 응집체를 형성할 만큼 커지지 않은 초기 태양계의 남은 덩어리입니다. 비록 화성에서 고의로 암석을 가져온 적은 없지만, 오래전에 지구에 떨어진 운석 형태의 샘플이 존재하기 때문에 과학자들은 화성에 있는 암석의 연대를 대략적으로 추정할 수 있습니다. 이들 샘플 중 일부는 45억 년 전의 것으로 연대 측정되었으며, 이는 초기 행성 형성 연대에 대한 다른 계산을 뒷받침합니다. 지구에 떨어진 70개 이상의 운석의 나이는 방사성 연대 측정을 통해 계산되었습니다. 이들 중 가장 오래된 것은 44억 년에서 45억 년 사이입니다.

 

5만 년 전, 애리조나에 운석 분화구가 형성되기 위해 우주에서 떨어진 암석이 있었습니다. 그 소행성의 파편은 분화구 가장자리에서 수집되었으며 근처의 캐니언 디아블로의 이름을 따서 명명되었습니다. 캐니언 디아블로 운석은 더 정확한 연대 측정이 가능한 구성 요소를 갖춘 운석 종류를 대표하기 때문에 중요합니다. 1953년에 캘리포니아 공과대학의 저명한 지구 화학자인 클레어 카메론 패터슨은 지구의 나이를 엄격하게 제한하는 운석 샘플에서 납 동위원소의 비율을 측정했습니다. 운석 샘플은 45억3천만 년에서 45억8천만 년 사이의 분포를 보여줍니다. 과학자들은 이 범위를 태양계가 진화하는 데 걸린 시간, 즉 약 5천만 년에 걸쳐 일어난 점진적인 사건으로 해석합니다. 과학자들은 지구의 암석뿐만 아니라 이를 둘러싸고 있는 시스템에 대해 수집된 정보를 사용하여 지구의 나이를 약 45억4천만 년으로 추정할 수 있었습니다. 비교해 보면, 태양계를 포함하는 은하계의 나이는 약 132억 년인 반면, 우주 자체의 나이는 138억 년입니다.