É um erro dizer que a Terra tem 4,5 bilhões de anos de idade. É um erro, porque isso não é, de fato, o que a investigação científica nos diz. A ciência nos diz que alguns minerais na terra têm pelo menos 4.031 ± 0.003 bilhões de anos de idade. Um inquérito adicional nos diz que alguns zircões (cristais de silicato de zircónio) que compõem algumas dessas rocas muito antigas formaram pelo menos 4.404 ± 0.008 bilhões de anos atrás. A terra é, obviamente, consideravelmente mais antiga do que isso, mas esses são os materiais datáveis mais antigos que encontramos até agora.
Agora, é muito razoável perguntar como sabemos essas datas para esse nível de precisão bastante impressionante (e sim, quando você está falando de 4,4 bilhões de anos, uma janela de 8 milhões de anos é muito, muito precisa, de fato). A resposta tem a ver com propriedades de zircões, como eles se formam e mecânica quântica estatística.
Os zircões são cristais muito duros e muito duráveis. Eles são componentes freqüentes de minerais ígneos, solidificando a rocha derretida. Por serem tão duras e duradouras, os cristais de zircão sobrevivem freqüentemente à decomposição de seus minerais ígneos originais por forças de erosão e acabam depositadas em rochas sedimentares ou metamórficas com suas estruturas cristalinas intactas. Os cientistas são capazes de isolar e analisar esses cristais para estudar suas estruturas e conteúdos.
Uma propriedade interessante e útil de zircões é que, quando estes cristais se formam, podem atrapalhar elementos radioativos, notadamente o urânio. Alguns zircon contêm até 1% de urânio em peso. Todos os elementos radioativos se deterioram a uma taxa observável e constante que é descrita pela mecânica quântica. Eu vou deixar de lado a mecânica quântica - o modelo padrão de física de partículas é uma das melhores e mais bem testadas teorias da história da ciência. Passou cada prova da descoberta mais mundana para a recente descoberta do bóson de Higgs, com propriedades como previsto pelo modelo padrão, no Large Hadron Collider. A mecânica quântica funciona. Se não, você não conseguiu ler isso e não conseguiria escrever isso (porque os semicondutores - a família de componentes que incluem transistores - compõem as partes funcionais do computador ou do smartphone que você está usando para ler isso e trabalhar partes do computador que estou usando para escrever isso agora). Sabemos com grande certeza, provados repetidamente em milhares de testes experimentais que a descrição do modelo padrão de decaimento radioativo é precisa.
Ao medir as proporções de produtos de decaimento presos dentro da estrutura cristalina de cristais de zircão, podemos determinar com precisão sua idade em uma quantidade muito grande de tempo. É assim que sabemos que o mais antigo mineral nativo já encontrado na Terra solidificou a rocha fundida 4,404 ± 0,008 bilhão de anos atrás. É assim que sabemos que a rocha nativa mais antiga encontrada na superfície terrestre, até agora, tem 4.031 ± 0.003 bilhões de anos. Essas rochas não apareceram simplesmente. Eles, como todos os minerais, são os produtos finais de processos geológicos e cosmológicos.
As inclusões de cálcio e alumínio ou CAIs são um tipo de inclusão de cristais encontrados em meteoritos carbonatados de condritas. Acredita-se que esses minerais sejam condensados iniciais da formação do sistema solar. São cerca de 287 milhões de anos mais velhos do que os minerais nativos mais antigos encontrados na Terra e constituem o material datado de forma confiável mais antigo já descoberto com uma idade de 4,568 ± 0,017 bilhões de anos. Agora, porque isso é ciência, devo ressaltar que o método de namoro utilizado no caso dos CAI é diferente do usado com Zircons. Em vez de medir produtos de decaimento de urano, estamos medindo a proporção de isótopos de chumbo presentes nos cristais. Isso também depende da decomposição radioativa, mas tem uma maior sensibilidade a certos fatores. Isso faz parte do motivo do intervalo de erros comparativamente grande.
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