Âge de la Terre

Dans le dernier quart du XIXe siècle, l'âge de la Terre a fait l'objet d'un long débat. Dans les Principes de géologie de Charles Lyell (1830-33), il a montré que la Terre avait changé lentement et que ce que nous voyons est le résultat de changements progressifs. Cet uniformitarisme signifiait clairement que la Terre était ancienne, bien que Lyell n'ait pas essayé de déterminer son âge.

Son jeune ami Charles Darwin le croyait aussi. Darwin voyait que si l'évolution avait eu lieu, il aurait fallu beaucoup de temps. De plus, une énorme quantité de roche sédimentaire se trouve entre les premiers fossiles des strates cambriennes et la surface terrestre actuelle. Darwin et Lyell ont convenu qu'il aurait fallu beaucoup de temps pour qu'une telle quantité de roche se dépose.

Dans la première édition de On the origin of species (1859), Darwin avait estimé que l'érosion de la forêt du Sussex avait dû prendre 300 millions d'années. ^p314 Lyell et lui ont été surpris lorsque le physicien William Thomson (Lord Kelvin) a déclaré que la Terre ne pouvait pas être aussi vieille qu'ils le pensaient. Il a fait le calcul en se basant sur le temps qu'il a fallu à la Terre pour se refroidir jusqu'à sa température actuelle, en partant de 2 000°C. Le résultat de Kelvin était basé sur l'idée que le gradient géothermique proche de la surface reflète le refroidissement par conduction de la Terre solide.

Il a fait ce calcul à plusieurs reprises, en faisant diverses hypothèses. En 1862, son estimation se situait entre 20 et 400 millions d'années ; mais en 1866, il a réduit l'estimation la plus élevée à 100 millions d'années, et a attaqué Darwin et Lyle pour ne pas avoir tenu compte de son calcul. Nous savons que Darwin était anxieux et craignait que cela ne soit pas assez long pour permettre l'évolution. Thomas Henry Huxley a fait remarquer que les calculs de Kelvin étaient bons, mais que ses hypothèses étaient fausses. En 1897, Kelvin a fait le calcul une dernière fois, et est arrivé à 20 à 40 millions d'années. Bien sûr, cela ne serait certainement pas assez long pour permettre l'évolution. Oliver Heaviside n'était pas non plus d'accord, et a proposé un autre modèle géothermique. Kelvin et Heaviside se sont finalement avérés avoir tort.

Manteau visqueux

À la fin du XIXe siècle, quelqu'un a réalisé que si le manteau était un fluide très visqueux (collant), cela ferait une grande différence dans les calculs. En 1895, John Perry, un ancien assistant de Kelvin, a produit une estimation de l'âge de la Terre de 2 à 3 milliards d'années en utilisant un modèle de manteau convectif et de croûte mince.

Dans le modèle de Kelvin, la chaleur à la surface de la Terre est dérivée du refroidissement d'une croûte externe peu profonde, en supposant que la Terre est solide. Mais si la conductivité à l'intérieur de la Terre était beaucoup plus élevée qu'à la surface, alors le noyau et le manteau inférieur de la Terre se refroidiraient également. Cela fournirait une énorme réserve d'énergie à la surface. Dans ce cas, l'estimation de Kelvin de l'âge de la Terre serait bien trop basse.

La raison principale de Perry était que la convection dans le fluide, ou partiellement fluide, à l'intérieur de la Terre transférerait la chaleur beaucoup plus efficacement que la conduction :

"... une grande fluidité interne signifierait pratiquement une conductivité infinie pour notre objectif".

Kelvin s'en est tenu à son estimation de 100 millions d'années, et a ensuite réduit cette estimation à environ 20 millions d'années.

Nous savons maintenant que l'existence d'un fluide visqueux sous une fine croûte est un facteur beaucoup plus important que la découverte de la radioactivité, ^[] qui a été l'explication classique pendant de nombreuses années. La redécouverte et le réexamen des travaux de Perry sont assez récents.

En 1896, Henri Becquerel découvre la radioactivité. En 1903, il partage le prix Nobel de physique avec Pierre et Marie Curie "en reconnaissance des services extraordinaires qu'il a rendus par sa découverte de la radioactivité spontanée".

Finalement, on a réalisé que la radioactivité était une source majeure de chaleur à l'intérieur de la Terre. ^p206 En 1921, la première estimation moderne, utilisant la datation radiométrique, a été faite. Elle était basée sur la datation uranium-plomb : le taux de désintégration de l'uranium en plomb dans la croûte terrestre, par Henry Norris Russell. Il a calculé 2 à 8 milliards d'années. ^{p27, tableau 3.1} En 1949, S.E. Suess a estimé 4 à 5 milliards d'années, en se basant sur toute une série d'isotopes radioactifs. C'est proche de l'époque que nous estimons aujourd'hui, qui a été affinée à environ 4 560 millions d'années.

Le calcul utilise la convection dans un fluide visqueux ainsi que la radioactivité, il combine donc l'idée de Perry avec l'effet de la radioactivité, même si la contribution de Perry avait été oubliée. Les connaissances ultérieures de la tectonique des plaques ont permis d'établir avec certitude que le manteau inférieur était un fluide visqueux.

Système solaire

On estime que la formation et l'évolution du système solaire ont commencé il y a 4,568 milliards d'années avec l'effondrement gravitationnel d'une petite partie d'un nuage moléculaire géant. Fondamentalement, le système entier s'est développé dans la même période de temps.

L'utilisation de la méthode scientifique suppose des méthodes uniformitariennes pour calculer l'âge de la Terre. La religion hindoue est celle qui se rapproche le plus de l'estimation scientifique actuelle. Certains chrétiens et juifs croient que le récit de la création de la Genèse est littéralement vrai, ce qui signifierait que la Terre a été créée il y a entre 5 000 et 10 000 ans, et que les méthodes utilisées pour calculer l'âge n'ont pas été uniformes tout au long de l'histoire de la Terre. Cependant, de nos jours, la plupart des gens pensent que les méthodes scientifiques sont les mieux à même de répondre à ces questions.

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