Tuổi Trái Đất khoảng 4,54 tỷ năm, sai số chừng 50 triệu năm. Con số này không đo trực tiếp trên một hòn đá Trái Đất nào, mà suy ra từ đồng vị chì trong thiên thạch, rồi được kiểm lại bằng hạt zircon cổ nhất và đá Mặt Trăng.
Nhiều học sinh nghĩ các nhà địa chất đã tìm ra một tảng đá 4,54 tỷ tuổi và đem đo. Thực tế ngược lại: bề mặt Trái Đất liên tục bị nóng chảy, xói mòn, chui xuống lòng đất theo các mảng kiến tạo, nên đá nguyên thuỷ gần như không còn. Muốn biết Trái Đất ra đời khi nào, người ta phải đi đường vòng qua những vật thể hình thành cùng lúc với nó nhưng không bị xáo trộn. Bài này đi qua con đường vòng ấy, từng bước, kèm cách đọc sai số mà sách giáo khoa thường bỏ qua.
Vì sao không đo thẳng đá Trái Đất được?
Vì Trái Đất là một hành tinh sống về mặt địa chất: lớp vỏ của nó được tái chế liên tục, nên khó còn đá nào giữ nguyên từ thuở ban đầu.
Trong vài trăm triệu năm đầu, bề mặt hành tinh bị thiên thạch bắn phá dữ dội và có thể từng là một đại dương đá nóng chảy. Sau đó, kiến tạo mảng kéo vỏ đại dương xuống lớp phủ, núi lửa phun đá mới lên, mưa gió bào mòn đá cũ thành cát rồi ép lại thành đá trầm tích. Mỗi lần tái chế như vậy, đồng hồ phóng xạ trong khoáng vật thường bị đặt lại về không. Vì thế đá cổ nhất còn lộ ra chỉ cho biết lớp vỏ đó cứng lại khi nào, không cho biết hành tinh hình thành khi nào.
Đá Trái Đất cổ nhất được nhiều tài liệu nhắc là đá gneiss Acasta ở miền bắc Canada, khoảng 4,0 tỷ năm. Có những đề xuất cổ hơn ở vài nơi khác nhưng còn tranh luận. Dù lấy con số nào, đá vẫn trẻ hơn tuổi hành tinh vài trăm triệu năm.
Thiên thạch giúp đo tuổi Trái Đất bằng cách nào?
Thiên thạch là mảnh vụn của các tiểu hành tinh hình thành cùng thời với Trái Đất từ đám mây bụi khí quanh Mặt Trời trẻ, và phần lớn không bị tái chế như đá trên hành tinh lớn.
Ý tưởng then chốt dựa trên chuỗi phân rã urani thành chì. Urani-238 phân rã thành chì-206, urani-235 phân rã thành chì-207, với tốc độ khác nhau và đã được đo rất kỹ trong phòng thí nghiệm. Khi so tỷ lệ các đồng vị chì trong nhiều mẫu thiên thạch có lượng urani khác nhau, các điểm đo nằm thẳng hàng trên một đường gọi là đường đồng thời (isochron). Độ dốc của đường ấy cho ra tuổi chung của cả nhóm vật thể.
Giữa thập niên 1950, nhà địa hoá học người Mỹ Clair Patterson làm phép đo này với thiên thạch Canyon Diablo và công bố con số khoảng 4,55 tỷ năm. Phần khó nhất của ông không phải là toán mà là chống nhiễm bẩn: chì trong không khí, bụi, dụng cụ lúc ấy nhiều đến mức làm sai kết quả, nên ông phải dựng phòng sạch gần như từ đầu. Những phép đo sau này với thiết bị chính xác hơn đưa con số về khoảng 4,54 tỷ năm, chênh không đáng kể.
Còn một giả thiết ngầm cần nói rõ: chì trên Trái Đất phải rơi đúng vào đường đồng thời của thiên thạch. Khi Patterson đưa thêm mẫu trầm tích đại dương, đại diện cho chì trung bình của vỏ Trái Đất, điểm ấy nằm trên đường. Đó là bằng chứng cho thấy Trái Đất và thiên thạch cùng một lứa.
Những bằng chứng nào cùng chỉ về một con số?
Một con số đứng một mình thì yếu. Tuổi Trái Đất được tin vì nhiều nguồn độc lập cho kết quả khớp nhau, mỗi nguồn có giới hạn riêng.
| Nguồn bằng chứng | Tuổi đo được (khoảng) | Cho biết điều gì | Giới hạn |
|---|---|---|---|
| Thiên thạch, phương pháp chì – chì | 4,54–4,57 tỷ năm | Thời điểm vật chất hệ Mặt Trời đông đặc | Phải giả định Trái Đất cùng lứa với thiên thạch |
| Hạt vật chất giàu canxi – nhôm trong thiên thạch | khoảng 4,567 tỷ năm | Chất rắn đầu tiên của hệ Mặt Trời | Là tuổi hệ Mặt Trời, Trái Đất còn đang lớn dần |
| Hạt zircon ở vùng Jack Hills, Tây Úc | khoảng 4,4 tỷ năm | Đã có vỏ lục địa rắn rất sớm | Chỉ là hạt khoáng nằm trong đá trẻ hơn |
| Đá Mặt Trăng mang về từ các chuyến bay Apollo | khoảng 4,4–4,5 tỷ năm | Mặt Trăng hình thành ngay sau Trái Đất | Tuổi chính xác của Mặt Trăng còn tranh luận |
| Đá gneiss Acasta, Canada | khoảng 4,0 tỷ năm | Mảnh vỏ Trái Đất cổ nhất còn lộ ra | Trẻ hơn hành tinh, chỉ là giới hạn dưới |
Đọc bảng theo chiều này: mọi bằng chứng trên Trái Đất và Mặt Trăng đều trẻ hơn hoặc bằng thiên thạch, không có gì cổ hơn. Nếu một ngày ai đó tìm ra hạt khoáng 4,8 tỷ năm, cả bức tranh phải xem lại; cho tới nay chưa có.
Sai số “± 50 triệu năm” đọc thế nào cho đúng?
Sai số ấy bằng khoảng 1% của con số, tức là tuổi Trái Đất được biết chính xác hơn rất nhiều điều trong đời sống hằng ngày.
Khi tài liệu viết 4,54 ± 0,05 tỷ năm, hiểu là giá trị thật rất có thể nằm trong khoảng 4,49 đến 4,59 tỷ năm. Sai số đến từ hai nguồn: độ chính xác của phép đo đồng vị trong máy khối phổ, và độ không chắc của hằng số phân rã. Có một nguồn thứ ba ít ai nói: Trái Đất không hình thành trong một khoảnh khắc. Các mảnh vụn kết tụ dần trong vài chục triệu năm, nên “tuổi Trái Đất” là một mốc quy ước trong quãng hình thành ấy, không phải ngày sinh như của một con người.
Vì vậy bạn sẽ gặp con số 4,5 tỷ, 4,54 tỷ, 4,55 tỷ, 4,6 tỷ năm ở các sách khác nhau. Chúng không mâu thuẫn, chỉ khác mức làm tròn. Lỗi thật sự là viết “Trái Đất đúng 4.540.000.000 năm tuổi”, tức gắn cho con số độ chính xác mà nó không có.
Trước khi có đồng hồ phóng xạ, người ta đoán tuổi Trái Đất ra sao?
Câu chuyện này đáng kể vì nó cho thấy khoa học tự sửa sai như thế nào: một con số sai có lý do, và được thay khi có công cụ tốt hơn.
Từ tốc độ nguội và tốc độ bồi lắng
Thế kỷ XIX, nhà vật lý Kelvin tính thời gian một quả cầu nóng chảy nguội tới nhiệt độ bề mặt hiện nay và ra vài chục triệu năm. Các nhà địa chất thì cộng bề dày đá trầm tích, chia cho tốc độ bồi lắng ước lượng, ra các con số từ vài chục đến vài trăm triệu năm. Hai phía tranh luận gay gắt.
Vì sao các ước tính ấy quá ngắn
Kelvin không biết tới phóng xạ, một nguồn nhiệt bên trong Trái Đất, và cũng không tính đến đối lưu trong lớp phủ. Phương pháp cộng bề dày trầm tích thì bỏ sót những khoảng thời gian bị bào mòn mất. Đầu thế kỷ XX, khi phóng xạ được phát hiện, nó vừa giải thích vì sao Trái Đất nguội chậm, vừa cung cấp chiếc đồng hồ mới để đo chính tuổi của nó.
Lỗi hay gặp khi nói về tuổi Trái Đất
Nhầm tuổi Trái Đất với tuổi vũ trụ. Vũ trụ khoảng 13,8 tỷ năm, đo bằng phương pháp thiên văn hoàn toàn khác. Trái Đất trẻ hơn gần ba lần.
Nghĩ rằng carbon-14 dùng để đo tuổi Trái Đất. Carbon-14 chỉ đo được đến khoảng năm vạn năm. Đo tỷ năm phải dùng các cặp đồng vị có chu kỳ bán rã dài như urani – chì.
Cho rằng đá cổ nhất chính là tuổi Trái Đất. Đá cổ nhất chỉ là giới hạn dưới, vì đá nguyên thuỷ đã bị tái chế hết.
Bỏ qua sai số. Một con số khoa học không kèm sai số là con số đã bị cắt mất nửa thông tin.
Đổi đơn vị lẫn lộn. Tỷ năm, triệu năm và Ma (viết tắt của triệu năm trước) xuất hiện trong cùng một trang; đổi sai một bậc là sai một nghìn lần.
Câu hỏi thường gặp
Trái Đất bao nhiêu tuổi?
Khoảng 4,54 tỷ năm, sai số cỡ 50 triệu năm. Con số được suy ra từ đồng vị chì trong thiên thạch và được kiểm chứng bằng zircon cổ, đá Mặt Trăng.
Ai là người đầu tiên tính đúng tuổi Trái Đất?
Nhà địa hoá học Clair Patterson công bố con số khoảng 4,55 tỷ năm vào giữa thập niên 1950, dựa trên đồng vị chì trong thiên thạch Canyon Diablo.
Vì sao không dùng carbon-14 để đo tuổi Trái Đất?
Carbon-14 có chu kỳ bán rã khoảng 5.730 năm nên chỉ đo được tới khoảng 50.000 năm. Với hàng tỷ năm, lượng carbon-14 còn lại bằng không.
Đá cổ nhất trên Trái Đất bao nhiêu tuổi?
Đá lộ ra cổ nhất được nhiều tài liệu công nhận là gneiss Acasta ở Canada, khoảng 4,0 tỷ năm. Hạt zircon riêng lẻ ở Tây Úc còn cổ hơn, khoảng 4,4 tỷ năm.
Tại sao sách ghi 4,5 tỷ, sách khác ghi 4,6 tỷ năm?
Đó chỉ là mức làm tròn khác nhau của cùng một kết quả khoảng 4,54 tỷ năm. Hai con số đều nằm gần khoảng sai số và không mâu thuẫn nhau.
