Hình ảnh chi tiết về Trái Đất tổng hợp từ nhiều bức ảnh do vệ tinh Suomi NPP chụp. Ảnh: NASA/JPL
Trái Đất khoảng 4,54 tỷ năm tuổi. Trong quãng thời gian này, hành tinh đã chứng kiến các lục địa hình thành và biến mất, các chỏm băng mở rộng và co lại, sự sống tiến hóa từ những sinh vật đơn bào tới cá voi xanh khổng lồ. Vậy làm thế nào các nhà khoa học biết tuổi của Trái Đất?
“Khi bạn là nhà khoa học Trái Đất và nhìn vào một tảng đá, nó không chỉ là đá. Tảng đá đó ẩn chứa một câu chuyện mà bạn có thể cố gắng giải mã”, Becky Flowers, nhà địa chất tại Đại học Colorado Boulder, cho biết.
Khi hình thành từ magma hay dung nham, các khoáng chất thường chứa dấu vết của vật liệu phóng xạ, ví dụ như uranium. Qua thời gian, các nguyên tố phóng xạ đó phân rã, phát ra bức xạ, cuối cùng biến thành các nguyên tố mới, ổn định hơn kẹt lại bên trong khoáng chất.
Hãy lấy uranium-238 phóng xạ, một dạng uranium phổ biến, làm ví dụ. Các nguyên tử của nó sẽ giải phóng năng lượng cho đến khi biến thành chì. Quá trình này xảy ra với tốc độ cố định gọi là chu kỳ bán rã, tương ứng với khoảng thời gian cần thiết để một nửa số nguyên tử phân rã. Chu kỳ bán rã của uranium-238 là hơn 4 tỷ năm, nghĩa là phải mất hơn 4 tỷ năm để một nửa lượng uranium-238 trong một mẫu vật trở thành chì. Điều này khiến uranium-238 trở thành chất lý tưởng để định tuổi những đối tượng cực kỳ cổ xưa.
Với chu kỳ bán rã, giới khoa học có thể tính toán niên đại của đá dựa trên tỷ lệ của nguyên tố phóng xạ “mẹ” và nguyên tố ổn định “con”. Phương pháp này được gọi là định tuổi bằng đồng vị phóng xạ.
Flowers cho biết, khoáng vật zircon thường được dùng để định tuổi bằng đồng vị phóng xạ vì chứa lượng uranium tương đối lớn. Sử dụng uranium-chì chỉ là một loại định tuổi bằng đồng vị phóng xạ. Các loại khác sử dụng những nguyên tố khác, ví dụ, định tuổi bằng đồng vị carbon. Đây là một trong những phương pháp phổ biến nhất, sử dụng một đồng vị phóng xạ của carbon có chu kỳ bán rã hàng nghìn năm và rất hữu ích để xác định niên đại chất hữu cơ.
Nhờ những phương pháp trên, các nhà địa chất phát hiện những khoáng chất trên Trái Đất có niên đại 4,4 tỷ năm, nghĩa là hành tinh xanh đã tồn tại ít nhất chừng đó. Nhưng tại sao họ cho rằng Trái Đất đã hơn 4,5 tỷ năm tuổi, nhiều hơn 100 triệu năm?
Trái Đất đã thay đổi rất nhiều trong hàng tỷ năm, đặc biệt là qua các quá trình như kiến tạo mảng, khiến lớp vỏ dịch chuyển, vùng đất mới hình thành từ magma và vùng đất cũ bị kéo xuống trở lại lòng đất. Kết quả là, giới khoa học rất khó tìm thấy những tảng đá từ thuở sơ khai của hành tinh xanh. Chúng đã xói mòn hoặc tan chảy thành vật liệu thô từ lâu.
Tuy nhiên, các nhà khoa học có thể áp dụng phương pháp định tuổi bằng đồng vị carbon để tìm ra niên đại của đá từ những nơi khác trong hệ Mặt Trời. Một số thiên thạch chứa vật chất hơn 4,56 tỷ năm tuổi, đá từ Mặt Trăng và sao Hỏa cũng có niên đại khoảng 4,5 tỷ năm.
Những mốc tuổi này khá gần với thời gian mà giới chuyên gia cho rằng hệ Mặt Trời bắt đầu hình thành từ đám mây khí bụi bao quanh Mặt Trời sơ sinh. Dựa vào các niên đại tương đối này, họ có thể tổng hợp thành dòng thời gian về quá trình hình thành của Trái Đất, Mặt Trăng, sao Hỏa và các thiên thể lân cận khác.
Sự chuyển biến từ đám mây bụi nguyên thủy sang hành tinh Trái Đất không xảy ra ngay lập tức mà trải qua hàng triệu năm, theo Rebecca Fischer, nhà khoa học Trái Đất và hành tinh tại Đại học Harvard. Điều này đồng nghĩa, hiểu biết của con người về tuổi Trái Đất không phải là một năm cụ thể mà là khoảng thời gian khi hành tinh xanh bắt đầu thành hình.
