Blockdit Logo (Mobile)
SCIWAYS
•
9 มิ.ย. 2021 เวลา 15:30 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
ความพยายามในการ "วัดอายุโลก"
1
ในศตวรรษที่ 17 นิโคลัส สเตโน (Nicolas Steno) คือนักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ที่เล็งเห็นถึงเบาะแสของธรรมชาติที่ถูกซ่อนเอาไว้อยู่ในชั้นหิน มันคือรอยต่อของซากสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์ การสังเกตการณ์ของเขานั้นได้ให้กำเนิดแนวคิดของ การลำดับชั้นหิน (Stratigraphy) ขึ้น ซึ่งต่อมา จะกลายมาเป็นหนึ่งในสาขาสำคัญของวิชาธรณีวิทยา
ต่อมาในปี ในปีคริสต์ทศวรรษที่ 1790 วิลเลียม สมิธ (William Smith) นักธรณีวิทยาชาวอังกฤษ ได้ให้ข้อสังเกตว่า ในระหว่างชั้นหินที่แตกต่างกันนั้น เขากลับพบว่ามีซากดึกดำบรรพ์ที่คล้ายกันอยู่ จึงอาจเป็นไปได้ว่าชั้นหินทั้งสองเหล่านี้จะมีอายุเท่ากัน ด้วยข้อสันนิษฐานดังกล่าว ในเวลาต่อมา จอห์น ฟิลลิปส์ (John Phillips) หลานชาย และ นักเรียนของเขา ก็ได้คำนวณอายุของโลกขึ้น และ ได้ตัวเลขออกมาอยู่ที่ 96 ล้านปี
ขณะเดียวกันในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 นักธรรมชาติวิทยาชาวรัสเซีย มิคาอิล โลโมโนซอฟ (Mikhail Lomonosov) เสนอว่า โลกน่าจะถูกสร้างขึ้นมาแยกออกจากกันจากจักรวาลมานานหลายแสนปี อย่างไรก็ตามนี่เป็นเพียงแค่การคาดเดาของเขาเท่านั้น
1
และในปี 1779 คอมต์ เดอ บุฟฟอน (Comte du Buffon) นักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส ได้พยายามให้การคำนวณหาอายุโลกเป็นไปในแนวทางแบบวิทยาศาสตร์มากขึ้น เขาได้สร้างชุดการทดลองหนึ่งขึ้นมา โดยการจำลองให้โลกคือลูกเหล็กที่ถูกเผาให้ร้อนจนกลายเป็นสีแดง หลังจากนั้นก็ทำการวัดอัตราการเย็นตัวลงของโลกจำลองดังกล่าว จากการทดลองนี้เขาพบก็ว่าโลกน่าจะมีอายุอยู่ที่ ประมาณ 75,000 ปีเท่านั้น!
ต่อมานักธรรมชาติวิทยาหลายคนในยุคนั้นก็เล็งเห็นพ้องต้องกันว่า การระบุอายุโลกจากชั้นตะกอนดินที่ทับถมกันลงมานั้น ไม่อาจให้คำตอบที่แท้จริงของอายุโลกได้ เนื่องจากพวกเขาไม่รู้ว่าจะต้องขุดดินลงไปให้ลึกเท่าไหร่ อีกทั้งพลวัตของกิจกรรมทางธรณีก็เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา จึงเป็นเรื่องที่ยากเอาการหากต้องการสืบหาอายุโลกที่แท้จริง
ในปี ค.ศ. 1862 นักคณิตศาสตร์ และ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ วิลเลียม ทอมสัน บารอนเคลวินที่ 1 (William Thomson, 1st Baron Kelvin) ได้คำนวณอายุโลกออกมาได้ค่าอยู่ที่ระหว่าง 20 ถึง 400 ล้านปี ซึ่งเป็นช่วงของตัวเลขที่กว้างมากเลยทีเดียว (แม้ว่าภายหลัง ในปี 1897 เขาจะแก้การคำนวณออกมาเป็น 20 - 40 ล้านปี แล้วก็ตาม) เขาสันนิษฐานว่าโลกน่าจะก่อตัวขึ้นมาจากวัตถุที่หลอมละลายอย่างสมบูรณ์ และด้วยความรู้ทางอุณหพลศาสตร์ของเขา ก็เชื่อมั่นว่าโลกจะต้องใช้เวลาในระหว่างนี้เพื่อทำให้เย็นตัวลงจนถึงปัจจุบัน อย่างไรก็ตามสิ่งที่เขาพลาดคือ เขาไม่ได้คำนึงถึงความร้อนที่เกิดจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี (แต่ก็พอเข้าใจได้เพราะในยุคนั้นในเรื่องนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจกัน) และที่สำคัญคือ การพาความร้อนที่เกิดขึ้นภายในโลก ซึ่งทำให้อุณหภูมิของเปลือกโลกและหินหนืดที่อยู่ภายในเย็นไม่เท่ากัน
แผ่นเปลือกโลก จากภาพยนตร์สารคดีของ BBC "Earth The Power Of The Planet"
ขณะเดียวกัน ลอร์ด เคลวิน ยังได้พบกับข้อขัดแย้งในตัวเองที่พบว่า ดวงอาทิตย์มีอายุน้อยกว่าโลกเสียอีก จากการวิเคราะห์ของเขาคือดวงอาทิตย์ของเรามีอายุประมาณ 20 ล้านปี ขณะที่โลกอาจมีอายุมากถึง 400 ล้านปี สิ่งนี้ดูจะขัดต่อหลักสามัญสำนึกของเราเป็นอย่างยิ่ง ว่าจะเป็นไปได้หรือ ที่ลูกจะสามารถเกิดก่อนแม่ของตัวเองได้ แต่มีสิ่งหนึ่งที่ เคลวิน คิดถูกก็คือ ดวงอาทิตย์นั้นถือกำเนิดขึ้นมาจากการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง ที่ได้นำพาเอาก๊าซและฝุ่นต่างๆ อัดเข้าไปไว้อยู่ตรงกลางจนก็ให้เกิดความร้อนขึ้น
ขณะเดียวกันนักธรณีวิทยา ชาร์ลส์ ลีล (Charles Lyell) ก็ออกมายอมรับว่า การที่โลกมีอายุในระดับแค่ 100 ล้านปีนั้นไม่น่าเป็นไปได้ แม้แต่ชาร์ลส์ ดาร์วิน เจ้าของทฤษฎีวิวัฒนาการที่โด่งดังในยุคนั้น (Charles Darwin) ก็ออกมาพูดในทำนองเดียวกัน เขาบอกว่ากระบวนการแปรผันแบบสุ่มที่ถ่ายทอดผ่านทางพันธุกรรมด้วยการคัดเลือกโดยธรรมชาติในสิ่งมีชีวิตนั้น จำเป็นต้องใช้ระยะเวลาที่ยาวนานกว่าอายุขัยของโลกที่ประเมินโดยลอร์ด เคลวิน เสียอีก (ปัจจุบันความรู้ทางชีววิทยาสมัยใหม่ ก็สามารถย้อนรอยศึกษาวิวัฒนาการของบรรพบุรุษของเราไปได้ไกลถึง 3.5 - 3.8 พันล้านปี ซึ่งสอดคล้องกับการหาอายุทางธรณีวิทยา)
ในช่วงกลางยุคคริสต์ศตวรรษที่ 19 การอภิปรายเกี่ยวกับอายุของโลกก็ยังคงดำเนินต่อไป และดูเหมือนจะยิ่งวุ่นวายก็เลยเรื่อยๆ สิ่งนี้ดูไม่ต่างอะไรกับการที่คนๆ หนึ่ง ที่เกิดมาโดยที่ไม่ทราบว่าตัวเองนั้นมีอายุเท่าไหร่กันแน่ จักรวาลยังคงเป็นสิ่งเร้นลับต่อไป ในขณะที่ความเข้าใจของอายุโลกในตอนนั้นคือ 100 ล้านปี
ก่อนหน้านั้นนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ตระหนักถึงความร้อนที่อยู่ในแกนโลกว่าสามารถนำพาความร้อนขึ้นมาได้อย่างไร หรือแม้แต่ความรู้ในเรื่องของการแผ่กัมมันตรังสี ซึ่งในเรื่องนี้เราต้องรอคอยไปจนถึงในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19
ในปี 1896 อ็องตวน อ็องรี แบ็กแรล (Henri Becquerel) ได้ค้นพบการสลายให้กัมมันตรังสี (Radioactive decay) ซึ่งในภายหลังจะกลายเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญไปสู่การไขความลับของอายุโลก และต่อมา มารี และ ปีแยร์ กูว์รี (Marie and Pierre Curie) ยังได้ค้นพบธาตุกัมมันตรังสีจาก พอโลเนียม และ เรเดียมในปี 1898 และ 1903 เพิ่มเติมขึ้นอีก จนทำให้หลักฐานนี้หนักแน่นเป็นอย่างมากว่า การคำนวณด้วยความรู้ทางอุณหพลศาสตร์แบบดั้งเดิมเพียงอย่างเดียวนั้น ไม่อาจให้คำตอบที่ถูกต้องได้
การหาอายุโลกสมัยใหม่
 
ด้วยความรู้เกี่ยวกับกัมมันตรังสีนี้เอง ทำให้ในช่วงต้นของศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์จึงต้องพยายามพากันรื้อฟื้นวิธีการวัดอายุโลกกันแบบขนานใหญ่ หนึ่งในวิธีที่โด่งดังในช่วงแรกนั้นมีชื่อว่า เรดิโอเมตริก เดททิง (Radiometric dating) ซึ่งเป็นเทคนิคการหาอายุของวัตถุอย่างเช่นก้อนหิน หรือคาร์บอนที่ก่อตัวขึ้นมา โดยติดตามอัตราการสลายตัวของกัมมันตรังสี จาก "ค่าคงที่การสลายตัว" หรือครึ่งชีวิตของมัน
และในปี 1956 นักธรณีวิทยาชาวอเมริกัน แคลร์ คาเมรอน แพตเตอร์สัน (Clair Cameron Patterson) เล็งเห็นว่าการที่เราจะวัดอายุโลกจากดินและหินที่มีอยู่บนเปลือกโลกนั้น ไม่อาจให้ค่าที่ถูกต้องได้ เนื่องจากกิจกรรมทางธรณีนั้นเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอด ทั้ง ดิน และ หิน ผุกร่อนและถูกสร้างขึ้นมาใหม่อยู่เรื่อยๆ อันเป็นผลมาจากการความไม่แน่นอนของสภาพอากาศ และการไหลเวียนของความร้อนใต้พิภพ (Hydrothermal circulation) ดังนั้นเบาะแสเดียวที่สามารถบอกอายุของโลกได้นั้นก็คือสิ่งที่ใช้สร้างมันขึ้นมา และมันไม่ได้อยู่บนโลกมาตั้งแต่แรก
เรื่องนี้จำเป็นต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจทางด้านดาราศาสตร์เล็กน้อย คือ ระบบสุริยะของเรานั้นถูกสร้างขึ้นมาจากการควบแน่นของแรงโน้มถ่วงภายในกลุ่มเมฆและฝุ่นของเนบิวลา ในอาณาจักรแห่งนี้วัตถุดิบส่วนใหญ่กว่าร้อยละ 99.8 ถูกหล่อหลอมกลายเป็นดวงอาทิตย์ ในขณะร้อยละของเศษหินและก๊าซที่เหลือ ได้รวมตัวกันกลายเป็นวัตถุบริวารของมัน เช่น ดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย และ ดาวหาง
ด้วยแนวคิดนี้เราสามารถจินตนาการได้ว่าครั้งเมื่อโลกก่อตัวอยู่บนจานพอกพูนมวล ก็อาจมีวัตถุดิบบางส่วนที่ไม่ได้รวมอยู่ในโครงการสร้างโลก และมันยังคงล่องลอยอยู่ภายในวงโคจรของดวงอาทิตย์ แต่แล้วด้วยการถูกรบกวนโดยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ หรือจากกิจกรรมอะไรบางอย่าง ก็ได้ส่งให้วัตถุดิบดึกดำบรรพ์ชิ้นนี้ได้พุ่งตกลงมาสู่โลก
แพตเตอร์สัน เข้าใจในเรื่องนี้ดี เขาไม่รอช้าและออกตามหาวัตถุดิบดึกดำบรรพ์นี้ และอุกกาบาตที่ดูจะมีชื่อเสียงที่สุดในขณะนั้นก็คือ แคนยอน เดียโบล (Canyon Diablo) ซึ่งเป็นเศษหินจากอวกาศที่ตกใส่โลกเมื่อกว่า 50,000 ปีที่แล้ว จนได้สร้างหลุมอุกกาบาตอันเลื่องชื่อแห่งแอริโซนา (Meteor Crater, Arizona) ขึ้น
เขาได้พัฒนาวิธีการหาอายุของโลกที่มีชื่อว่า Lead–lead dating ขึ้น เพื่อติดตามการสลายกัมมันตรังสีของ ยูเรเนียม–ไอโซโทปตะกั่ว ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สามารถพบเห็นได้โดยทั่วไปในลูกอุกกาบาต จนในที่สุดเขาก็ทำสำเร็จ และสามารถวัดอายุของโลกออกมาได้ที่ 4,550 ล้านปี โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนเพียง 70 ล้านปี เท่านั้น ซึ่งเป็นค่าที่ใกล้เคียงกับอายุโลกในปัจจุบันมาก
และในตอนนี้อายุของโลกจาก 100 ล้านปี ก็กระโดดขึ้นมากลายเป็น เกือบ 5 พันล้านปี เพียงแค่ในไม่กี่ทศวรรษ จนถึงตอนนี้ด้วยวิธีการทดลองที่หลากหลายมากขึ้นในทางวิทยาศาสตร์ ก็นำไปสู่ผลลัพธ์ไปในแนวทางเดียวกัน นั่นคือโลกของเรามีอายุเข้าใกล้ 4,500 ล้านปีจริงๆ โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนไม่ถึง 1 เปอร์เซ็น ไม่ว่าจะมาจากหลักฐานของหินบนดวงจันทร์จากสมัยโครงการอะพอลโลที่มีอายุประมาณ 4,510 ล้านปี หรือแม้แต่อุกกาบาตจากดาวอังคารก็มีอายุใกล้เคียงกันที่ 4,500 ล้านปี รวมถึงหลักฐานจากวัตถุอื่นๆ อีกมากมายภายในระบบสุริยะ ก็บ่งบอกเป็นเสียงเดียวกันว่าโลก และดาวเคราะห์ต่างๆ ภายในระบบสุริยะนั้นถือกำเนิดขึ้นมาไล่เลี่ยกันไม่นาน ภายหลังจากที่ดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นมา เมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีที่แล้ว

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา