invitel . hu
A geológiai idő
és a földtudományok fejlődése1
Mészáros Ernő
Pannon Egyetem, Föld- és Környezettudományi Tanszék, Veszprém
meszaroserno invitel . hu
A Biblia és a Föld kora
A Föld, a Világegyetem életkorának, és általában az időnek a megítélése a keleti és a nyugati kultúrában meglehetősen különböző. A keleti ember számára az időt a születés és a halál, majd az újjászületés, a nappalok és éjszakák, az évszakok szabályos ismétlődése jelenti, amely örökkön örökké létezett: A Föld kora végtelen. Ezzel szemben a zsidó-keresztény kultúrkörben a világ teremtetett, amelyből akarva-akaratlan következik, hogy bolygónknak története, sőt életkora van.
A keresztény gondolkodásban továbbá a vezérfonalat az Írás, a Biblia biztosítja, amelyből megfelelő 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, kézenfekvőnek tűnt annak kimondása, hogy a hal valamikor régen, a vízözön idején került ilyen messzire a tengerektől. Történt mindez annak ellenére, hogy az arab filozófusok (tudósok), már da Vinci előtt 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 kőzetek kialakulásakor keletkeztek, majd a földmozgások jutatták őket a vizektől távoli szárazföldekre. A nyugati tudományban hasonló feltételezéssel Nicolaus Steno csak a 17. század második felében állt elő.
A Biblia általános elfogadottságából következett, hogy Európában a Föld korát is először a Biblia alapján próbálták megállapítani. Bár a probléma már Luther Mártont is foglalkoztatta, John Lightfoot, a Cambridge-i Egyetem alkancellárja 1642-es, a világ teremtéséről 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 szereplő generációk száma mekkora időszakra utal. Az persze már kicsit túlzás volt, hogy hibahatár nélkül a világ teremtésének idejére az 1654-ben megjelent Annalium pars posterior… című könyvében pontosan az i. e. 4004. október 23-át meg előző szürkületet adta meg. Ussher adatát a keresztény világban évszázadokig elfogadták, de a földtudomány fejlődése az általa megadott kort enyhén szólva kétségessé tette.
Ugyanakkor becslésének kultúrtörténeti jelentőségét 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 művelői 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 felszíntől lefelé haladva különböző jellegű rétegek találhatók. Helyesen feltételezte (a 18. század végén vagyunk), hogy a különböző korokban keletkezett üledékes kőzetek építik föl. Minél mélyebbre hatolunk, annál régebbi képződményekhez jutunk. Megfigyelte továbbá, hogy a rómaiak által Britanniában épített utak kövein a mállás nyomait sem lehet felfedezni: a kőzetek 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 című kötetében megállapítja, hogy a jelenlegi felszínformák a földtörténet során végbement lassú folyamatok eredményei.
Lyell európai utazásai során figyelt fel a földtani formákra. Ezek változatossága érdeklődését annyira felkeltette, hogy életét a geológiának szentelte. 1830 és 1833 között megjelent háromkötetes, világosan megírt kiváló műve (A geológiai elvei) mérföldkő a földtudományok történetében. Ebben a műben nemcsak kimondta, hogy a Földön a múltban végbement folyamatok a jelenleg megfigyelt jelenségekkel értelmezhetők, hanem figyelembe véve a feltárt kövületeket, leszögezte: nem kizárt, hogy a Föld kora eléri, sőt 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 érdeklődését annyira felkeltette, hogy nagy jelentőségű utazásai során a Beagle fedélzetén gyakran ezt a könyvet forgatta. A fajok eredete című közismert könyvében javasolt evolúciós elmélete ugyanis feltételezi, hogy a növény és állatvilág fejlődéséhez nagyon hosszú időre volt szükség. Így úgy tűnt, hogy a 19. század második felében a Föld korát illetően, a pontos szám megadása nélkül, két tudományág, nevezetesen a geológia és a biológia lényegében azonos nézeteket vall. Pontosabban szólva: a Föld kora feltehetően több mint 100 millió év. Az egyezés ellenére a Föld korának kérdéséről a tudományos viták csak ebben az időben lángoltak föl. Közbeszóltak a fizikusok, akik a Föld korának meghatározását termodinamikai elvekre alapozták.
A Föld kora és a termodinamika
A Föld korának első termodinamikai becslését Isaac Newton végezte el. Az 1687-ben megjelent Principiá-jában ugyanis megemlíti, hogy a Föld izzó állapotából mintegy 50 ezer év alatt hűlhetett le. Művének egyéb részei, nevezetesen a mozgást leíró törvények azonban annyira fontossá váltak, hogy a Föld korának megemlítésével később senki sem foglalkozott. Ismereteink szerint a már említett Buffon gróf volt az első, aki a Föld korának megállapítása céljából kísérleteket is végzett. Vörös izzásig hevített vasgömbök hűlésének tanulmányozása útján arra a következtetésre jutott, hogy 36 ezer évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy a hűlő Földön az élőlények megjelenhessenek, és további 39 ezer évnek, hogy a jelenlegi hőmérsékletet elérjük. Röviden a Föld kora 75 ezer évvel egyenlő.
Jean Fourier nem végzett kísérleteket. Számításait hővezetési egyenletekre alapozta. Buffonnal szemben helyesen feltételezte, hogy a Föld belseje még nem hűlt 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 hőenergia forrása nem kémiai energia (például oxidáció), hanem a gravitációs összehúzódás. Ilyen alapon kiszámította, hogy a Nap energiája is az összehúzódásból származik, következésképpen a Nap átmérője évente kb. 50 métert csökken (sajnos ez a szám abban az időben ellenőrizhetetlen volt). Eszmefuttatásából következett, hogy a Nap kora 24 millió évre tehető, 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 élőlényekre utaló leleteket, a fizika, pontosabban a fizikának tulajdonított egzaktság ereje, és nem utolsósorban Lord Kelvin tekintélye megfellebbezhetetlen volt.
Nagy-Britanniában, sőt 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 kesztyűt. Így Thomas C. Chamberlin 1899-ben egyszerűen kijelentette: ha a fizika a Föld korára ilyen rövid időt 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 hőforrást is jelent, amelyet felfedezése előtt természetesen nem vehettek figyelembe.
A modern tudomány:
radioaktív kormeghatározás
A radioaktív kormeghatározás a kőzetek 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 idővel 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 egyenlő. Ez utóbbi mennyisége az idők során természetesen állandó. A geológiai órát a különböző izotópok arányának összehasonlítása szolgáltatja.
Az első radioaktív kormeghatározást Bertram Boltwood végezte 1907-ben. Különböző kőzetekben végzett mérések eredményei szerint arra a meggyőződésre jutott, hogy a Föld több mint 400 millió éves, de nem kizárt, hogy kora eléri a kétmilliárd évet. A következő igen fontos mérési sorozat elvégzése Alfred O. Nier nevéhez fűződik, aki különböző helyeken gyűjtött, különböző korú kőzetekben végzett ólomizotóp méréseket. Eredményeit a geológia nagy brit alakja, a földtudományokat forradalmasító lemeztektonikai elmélet előfutára, Sir Arthur Holmes értékelte és a 20. század negyvenes éveiben a Föld legvalószínűbb 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 elképzeléséből indult ki, amely szerint a Föld keletkezéskor nem izzó gömb volt, hanem a Nap körül keringő anyagokból állt össze. Ha ez az elképzelés helyes, okoskodott Holmes, akkor a meteoritok jobb lehetőséget nyújtanak a Föld (Naprendszer) korának a meghatározására, mint a sok változáson átesett földi kőzetek. Ezt az elképzelést az amerikai Claire Petterson tette később magáévá. Tehette ezt azért is, mivel a második világháború után olyan tömegspektrométereket fejlesztettek ki, amelyek igen pontos izotópméréseket tettek lehetővé. Petterson a tömegspektrométeres mérések nagy szakértője volt. Így nem csoda, hogy az ólomszennyeződés különböző közegekben (víz, levegő, talaj) való kimutatásában is úttörő szerepet játszott. Három kő- 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 első pillanatban megfoghatatlan kérdést. Még akkor is, ha az eredmény, amely felé közelít, olyan meglepő érték, mint a 4,6 milliárdos végeredmény. A történet, mint láttuk, abból állt, hogy eljutottunk az emberi értelemmel még belátható 6000 évtől a 100 milliárd éven át a 4,6 milliárd évig. Így nem meglepő, hogy a már megöregedett Arthur Holmes 1962-ben, amikor az Amerikai Geológiai Társaság aranyérmét átvette, beszédében a következőket mondta: „Visszatekintve némi vigaszt nyújt az öregkori gyengeségre, hogy a Föld sokkal gyorsabban, sokkal öregebb lett, mint jómagam”. (Lewis, 2000)
Kulcsszavak: geológiai időskála, a Föld kora, kormeghatározás
IRODALOM: Lewis, C. (2000): The Dating Game. Cambridge University Press, Cambridge
1 Elhangzott a Földtudományok Osztálya közgyűlési osztályülésén 2003. V. 7-én