invitel . hu
A geológiai idõ
és a földtudományok fejlõdése1
Mészáros Ernõ
Pannon Egyetem, Föld- és Környezettudományi Tanszék, Veszprém
meszaroserno invitel . hu
A Biblia és a Föld kora
A Föld, a Világegyetem életkorának, és általában az idõnek a megítélése a keleti és a nyugati kultúrában meglehetõsen különbözõ. A keleti ember számára az idõt a születés és a halál, majd az újjászületés, a nappalok és éjszakák, az évszakok szabályos ismétlõdése jelenti, amely örökkön örökké létezett: A Föld kora végtelen. Ezzel szemben a zsidó-keresztény kultúrkörben a világ teremtetett, amelybõl akarva-akaratlan következik, hogy bolygónknak története, sõt életkora van.
A keresztény gondolkodásban továbbá a vezérfonalat az Írás, a Biblia biztosítja, amelybõl megfelelõ hozzáállással tulajdonképpen minden kiolvasható. Különösen olyan kérdések, amelyeket a tudomány hosszú ideig támpontok, megfigyelések és kísérletek híján kénytelen volt megválaszolatlanul hagyni. Erre egyik jó példa, hogy amikor Leonardo da Vinci Lombardiában a tengerparttól 200 km-re halkövületeket talált, kézenfekvõnek tûnt annak kimondása, hogy a hal valamikor régen, a vízözön idején került ilyen messzire a tengerektõl. Történt mindez annak ellenére, hogy az arab filozófusok (tudósok), már da Vinci elõtt több száz évvel közelítették a helyes megoldást. Így Alhazan (arabosan Abu Ali Al-Hasszán ibn Al-Heitham) 1000 körül feltételezte, hogy a halak kövületei a tengerek alján a kõzetek kialakulásakor keletkeztek, majd a földmozgások jutatták õket a vizektõl távoli szárazföldekre. A nyugati tudományban hasonló feltételezéssel Nicolaus Steno csak a 17. század második felében állt elõ.
A Biblia általános elfogadottságából következett, hogy Európában a Föld korát is elõször a Biblia alapján próbálták megállapítani. Bár a probléma már Luther Mártont is foglalkoztatta, John Lightfoot, a Cambridge-i Egyetem alkancellárja 1642-es, a világ teremtésérõl szóló könyvében kijelentette, hogy a teremtés i. e. 3929-ben történt. Aztán az ír James Ussher anglikán érsek számításai váltak hosszú ideig a keresztény világban elfogadottá. A számítás szó nem túlzás, hiszen az említett érsek nem kis munkával valóban kiszámolta, hogy a Bibliában szereplõ generációk száma mekkora idõszakra utal. Az persze már kicsit túlzás volt, hogy hibahatár nélkül a világ teremtésének idejére az 1654-ben megjelent Annalium pars posterior… címû könyvében pontosan az i. e. 4004. október 23-át meg elõzõ szürkületet adta meg. Ussher adatát a keresztény világban évszázadokig elfogadták, de a földtudomány fejlõdése az általa megadott kort enyhén szólva kétségessé tette.
Ugyanakkor becslésének kultúrtörténeti jelentõségét ma sem tagadjuk, hiszen lehetséges becslést jelent arra vonatkozóan, hogy a Biblia milyen hosszú kor történetét öleli fel.
A geológusok ellenvéleményt nyilvánítanak
A geológus megnevezés természetesen olyan értelemben túlzás, hogy a földtudomány kezdeti mûvelõi nem rendelkeztek a mai értelemben vett képesítéssel. Így eredetileg jogász volt mind James Hutton, mind Sir Charles Lyell, akik a geológia kialakításában nagy szerepet játszottak. Hutton a saját birtokán fedezte fel, hogy a felszíntõl lefelé haladva különbözõ jellegû rétegek találhatók. Helyesen feltételezte (a 18. század végén vagyunk), hogy a különbözõ korokban keletkezett üledékes kõzetek építik föl. Minél mélyebbre hatolunk, annál régebbi képzõdményekhez jutunk. Megfigyelte továbbá, hogy a rómaiak által Britanniában épített utak kövein a mállás nyomait sem lehet felfedezni: a kõzetek mállása és keletkezése sokkal hosszabb folyamat lehet, mint néhány ezer év, vélte. Nem vállalkozott a Föld korának megbecslésére. Kimondta azonban, hogy a Föld korának sokkal hosszabbnak kell lennie, mint Ussher becslése. Ezt a nézetet támasztotta alá a francia Buffon grófja (eredeti néven Georges-Louis Leclerc), aki A természet korszakai címû kötetében megállapítja, hogy a jelenlegi felszínformák a földtörténet során végbement lassú folyamatok eredményei.
Lyell európai utazásai során figyelt fel a földtani formákra. Ezek változatossága érdeklõdését annyira felkeltette, hogy életét a geológiának szentelte. 1830 és 1833 között megjelent háromkötetes, világosan megírt kiváló mûve (A geológiai elvei) mérföldkõ a földtudományok történetében. Ebben a mûben nemcsak kimondta, hogy a Földön a múltban végbement folyamatok a jelenleg megfigyelt jelenségekkel értelmezhetõk, hanem figyelembe véve a feltárt kövületeket, leszögezte: nem kizárt, hogy a Föld kora eléri, sõt meghaladja a 100 millió évet. Ez a közlés az egyházban természetesen megbotránkozást keltett, mivel azt is magában foglalta, hogy a Föld képe a múltban egyáltalán nem olyan volt, mint amilyennek most látjuk. Olyan állatok kövületei is felszínre kerültek, amelyek manapság már nem élnek. A 100 millió évet egyébként oceanológiai megfontolások is támogatták. John Joly ugyanis a 19. század végén kiszámította, hogy legalább 90 millió évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy a folyók az óceánokba annyi sót szállítsanak, mint a jelenlegi mennyiség.
Lyell könyve Charles Darwin érdeklõdését annyira felkeltette, hogy nagy jelentõségû utazásai során a Beagle fedélzetén gyakran ezt a könyvet forgatta. A fajok eredete címû közismert könyvében javasolt evolúciós elmélete ugyanis feltételezi, hogy a növény és állatvilág fejlõdéséhez nagyon hosszú idõre volt szükség. Így úgy tûnt, hogy a 19. század második felében a Föld korát illetõen, a pontos szám megadása nélkül, két tudományág, nevezetesen a geológia és a biológia lényegében azonos nézeteket vall. Pontosabban szólva: a Föld kora feltehetõen több mint 100 millió év. Az egyezés ellenére a Föld korának kérdésérõl a tudományos viták csak ebben az idõben lángoltak föl. Közbeszóltak a fizikusok, akik a Föld korának meghatározását termodinamikai elvekre alapozták.
A Föld kora és a termodinamika
A Föld korának elsõ termodinamikai becslését Isaac Newton végezte el. Az 1687-ben megjelent Principiá-jában ugyanis megemlíti, hogy a Föld izzó állapotából mintegy 50 ezer év alatt hûlhetett le. Mûvének egyéb részei, nevezetesen a mozgást leíró törvények azonban annyira fontossá váltak, hogy a Föld korának megemlítésével késõbb senki sem foglalkozott. Ismereteink szerint a már említett Buffon gróf volt az elsõ, aki a Föld korának megállapítása céljából kísérleteket is végzett. Vörös izzásig hevített vasgömbök hûlésének tanulmányozása útján arra a következtetésre jutott, hogy 36 ezer évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy a hûlõ Földön az élõlények megjelenhessenek, és további 39 ezer évnek, hogy a jelenlegi hõmérsékletet elérjük. Röviden a Föld kora 75 ezer évvel egyenlõ.
Jean Fourier nem végzett kísérleteket. Számításait hõvezetési egyenletekre alapozta. Buffonnal szemben helyesen feltételezte, hogy a Föld belseje még nem hûlt ki teljesen. Eredményül 100 millió évet kapott, ami a geológusok becslésének alsó határa volt.
Ezt a véleményt azonban Lord Kelvin (William Thomson), a 19. század nagy brit fizikusa egyáltalán nem osztotta. Abból indult ki, hogy a hõenergia forrása nem kémiai energia (például oxidáció), hanem a gravitációs összehúzódás. Ilyen alapon kiszámította, hogy a Nap energiája is az összehúzódásból származik, következésképpen a Nap átmérõje évente kb. 50 métert csökken (sajnos ez a szám abban az idõben ellenõrizhetetlen volt). Eszmefuttatásából következett, hogy a Nap kora 24 millió évre tehetõ, aminél a Föld semmi esetre sem lehet öregebb. Ily módon a fizikusok és a földtudományi szakemberek véleménye között legalább nagyságrendi eltérés volt. A földtudomány hiába produkált egyre több, egyre különösebb kihalt élõlényekre utaló leleteket, a fizika, pontosabban a fizikának tulajdonított egzaktság ereje, és nem utolsósorban Lord Kelvin tekintélye megfellebbezhetetlen volt.
Nagy-Britanniában, sõt egész Európában ezért nem is akadt senki, aki Lord Kelvinnel nyílt vitába mert volna szállni. Amerikainak kellett lenni ahhoz, hogy valaki felvegye a „nagy ember” által eldobott kesztyût. Így Thomas C. Chamberlin 1899-ben egyszerûen kijelentette: ha a fizika a Föld korára ilyen rövid idõt ad meg, akkor a fizikának nincs igaza. Ezt a sommás megállapítást talán úgy lehetne módosítani, ha a ’fizika’ helyébe a ’termodinamika’ szót írnánk. Hiszen a radioaktivitás felfedezése után a fizika szolgáltatta azt a módszert, amelyet ma abszolút kormeghatározásnak nevezünk. A radioaktivitás továbbá a Föld életében olyan hõforrást is jelent, amelyet felfedezése elõtt természetesen nem vehettek figyelembe.
A modern tudomány:
radioaktív kormeghatározás
A radioaktív kormeghatározás a kõzetek és általában a Föld korának meghatározásában forradalmi változást hozott. A módszernek számos változata van, de a lényeg minden esetben az, hogy a radioaktív anyagok meghatározott ütemben bomlanak, meghatározott felezési idõvel rendelkeznek. Példaként megemlítjük az urán izotópjainak (tömegszámuk 238 és 235) bomlását, amelynek során rendre 206, illetve 207 tömegszámú ólom keletkezik. Van azonban az ólomnak egy „közönséges” változata is, amelynek tömegszáma 204-el egyenlõ. Ez utóbbi mennyisége az idõk során természetesen állandó. A geológiai órát a különbözõ izotópok arányának összehasonlítása szolgáltatja.
Az elsõ radioaktív kormeghatározást Bertram Boltwood végezte 1907-ben. Különbözõ kõzetekben végzett mérések eredményei szerint arra a meggyõzõdésre jutott, hogy a Föld több mint 400 millió éves, de nem kizárt, hogy kora eléri a kétmilliárd évet. A következõ igen fontos mérési sorozat elvégzése Alfred O. Nier nevéhez fûzõdik, aki különbözõ helyeken gyûjtött, különbözõ korú kõzetekben végzett ólomizotóp méréseket. Eredményeit a geológia nagy brit alakja, a földtudományokat forradalmasító lemeztektonikai elmélet elõfutára, Sir Arthur Holmes értékelte és a 20. század negyvenes éveiben a Föld legvalószínûbb korára kereken hárommilliárd évet kapott.
Holmes a Föld korának kiderítésében nagy szerepet játszott. 1913-ban, 23 éves korában közzétett könyvében (A Föld kora) egy nagyon fontos javaslatot tett. Chamberlin elképzelésébõl indult ki, amely szerint a Föld keletkezéskor nem izzó gömb volt, hanem a Nap körül keringõ anyagokból állt össze. Ha ez az elképzelés helyes, okoskodott Holmes, akkor a meteoritok jobb lehetõséget nyújtanak a Föld (Naprendszer) korának a meghatározására, mint a sok változáson átesett földi kõzetek. Ezt az elképzelést az amerikai Claire Petterson tette késõbb magáévá. Tehette ezt azért is, mivel a második világháború után olyan tömegspektrométereket fejlesztettek ki, amelyek igen pontos izotópméréseket tettek lehetõvé. Petterson a tömegspektrométeres mérések nagy szakértõje volt. Így nem csoda, hogy az ólomszennyezõdés különbözõ közegekben (víz, levegõ, talaj) való kimutatásában is úttörõ szerepet játszott. Három kõ- és két vasmeteoritban végzett mérései alapján 1956-ban megállapította, hogy a Föld kora 4550 millió (+70 millió), azaz kereken 4,6 milliárd éves. Ez az a kor, amelyet a mai földtudományok elfogadnak, illetve alkalmaznak.
Záró megjegyzések
A Föld korának meghatározása az emberi elme egyik legnagyobb vívmánya. Világosan mutatja, hogy a tudomány hogyan közelít meg egy elsõ pillanatban megfoghatatlan kérdést. Még akkor is, ha az eredmény, amely felé közelít, olyan meglepõ érték, mint a 4,6 milliárdos végeredmény. A történet, mint láttuk, abból állt, hogy eljutottunk az emberi értelemmel még belátható 6000 évtõl a 100 milliárd éven át a 4,6 milliárd évig. Így nem meglepõ, hogy a már megöregedett Arthur Holmes 1962-ben, amikor az Amerikai Geológiai Társaság aranyérmét átvette, beszédében a következõket mondta: „Visszatekintve némi vigaszt nyújt az öregkori gyengeségre, hogy a Föld sokkal gyorsabban, sokkal öregebb lett, mint jómagam”. (Lewis, 2000)
Kulcsszavak: geológiai idõskála, a Föld kora, kormeghatározás
IRODALOM: Lewis, C. (2000): The Dating Game. Cambridge University Press, Cambridge
1 Elhangzott a Földtudományok Osztálya közgyûlési osztályülésén 2003. V. 7-én