Wie alt ist die Erde?

Die meisten Europäer vor der Neuzeit glaubten, die Erde sei nur wenige tausend Jahre alt. Frühe Geologen untersuchten die Schichten und Gesteine ​​und kamen zu dem Schluss, dass die Erde viel älter sein müsse, vielleicht sogar unendlich alt. Doch schon bald kamen die Physiker zu einer anderen Schätzung: Das Alter der Erde müsse bei etwa zehn Millionen Jahren liegen.

Diese Zahl scheint ziemlich zuverlässig zu sein, da Physiker viele verschiedene Methoden verwendet haben, um sie zu schätzen. Dabei stand zunächst nicht die Erde im Mittelpunkt, sondern die Sonne, denn ohne sie wäre die Erde in ihrer heutigen Form nicht existenzfähig. William Thomson, der spätere Lord Kelvin, glaubte, dass die Wärme der Sonne nicht durch rein chemische Reaktionen oder durch die Rotation der Sonne entstehen könne und dass Meteoriten im Weltraum die einzige verbleibende Erklärung dafür seien. Meteoroiden setzen enorme Energiemengen frei, wenn sie auf die Erde fallen, und noch mehr Energie, wenn sie auf die Sonne fallen. Kelvin glaubte, dass es diese Energie ist, die es der Sonne ermöglicht, zu scheinen und Wärme abzugeben, und dass die Gesamtmenge der Meteoroiden in der Nähe der Sonne die Obergrenze der Lebensdauer der Sonne bestimmt.

Kelvins erste Schätzung lag bei 300.000 Jahren, was, egal wie man es dreht und wendet, zu kurz war. Doch schon bald schlug ein anderer Physiker eine Korrektur vor: Die Sonne selbst könnte ebenfalls schrumpfen, und bei diesem Schrumpfungsprozess würde ebenfalls Energie freigesetzt, was dem Prozess der Energiefreisetzung bei herabfallenden Meteoroiden entspricht. Nach mehreren Revisionen beträgt die Obergrenze des geschätzten Alters der Sonne 32 Millionen Jahre.

Kelvin hingegen glaubte, dass die Erde einst sehr heiß war und dass die Wärme im Laufe der Zeit abgeführt wurde. Damals hatte man entdeckt, dass es im Erdinneren heißer ist als an der Oberfläche und dass es mit zunehmender Tiefe noch heißer wird. Kelvin bewies, dass der Erdkern fest sein sollte. Dies bedeute seiner Ansicht nach, dass die Temperatur des Kerns 4.000 Grad Celsius nicht überschreiten werde. Anhand dieses Wertes schloss er auf die Wärmeableitung und ging davon aus, dass das Alter der Erde 90 Millionen Jahre nicht überschreiten würde. Andere Physiker korrigierten diesen Wert mithilfe präziserer Formeln auf 24 Millionen Jahre, was sich kaum von der Obergrenze des Sonnenalters unterscheidet.

Ob 32 Millionen Jahre oder 24 Millionen Jahre, es scheint eine lange Zeit zu sein, aber die jeder Schicht zugewiesene Zeit ist sehr kurz. Dies versetzte die Geologen in große Bestürzung, doch sie konnten die Schlussfolgerungen der Physiker nicht widerlegen. Auch Biologen litten darunter. Zu dieser Zeit war Darwins Evolutionstheorie gerade geboren. Die von Darwin vertretene natürliche Selektion war im Allgemeinen ein sehr langsamer Prozess. Sind zig Millionen Jahre wirklich genug? Dies hat einige Biologen zu der Spekulation veranlasst, dass die Evolution gezielter und schneller verlaufen könnte, als Darwin glaubte.

Glücklicherweise waren diese Schätzungen der Physiker völlig falsch. Denn Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte der Mensch die Radioaktivität. Die von einem Stück Radium pro Stunde freigesetzte Wärme reicht aus, um die gleiche Masse Eis zu schmelzen. Diese neue Energiequelle führt dazu, dass die Sonne viel mehr Wärme erzeugt als bisher angenommen, und dass die Erde von der bloßen Wärmeableitung zu einer Energiequelle geworden ist, die sowohl Wärme ableitet als auch Wärme erzeugt. Sämtliche durch die vorherigen Schätzungen vorgegebenen Einschränkungen bestehen nicht mehr.

Der erste, der das Sonnenproblem löste, war der Astronom Eddington. Er sagte die Energiequelle der Sonne lange vor der Entdeckung der Kernfusion sehr genau voraus. Seine Vorhersage basiert auf den folgenden Fakten:

Erstens ist bekannt, dass es in der Sonne eine große Anzahl von Heliumatomen gibt. Tatsächlich wurde Helium zuerst im Sonnenspektrum und dann auf der Erde entdeckt.

Zweitens ist das Wasserstoffatom das kleinste Atom. Die Masse des Heliumatoms scheint etwa viermal so groß zu sein wie die eines Wasserstoffatoms. Sorgfältige Messungen zeigen jedoch, dass die Masse des Heliumatoms etwas geringer ist als die von vier Wasserstoffatomen, also um 0,8 Tausendstel weniger.

Drittens zeigt Einsteins Formel zur Umrechnung von Masse in Energie, dass eine kleine Masse einer riesigen Energiemenge entspricht.

Aus diesen Punkten schloss Eddington, dass in der Sonne kontinuierlich eine bestimmte Reaktion ablief, bei der vier Wasserstoffatome in ein Heliumatom umgewandelt wurden und die restlichen 8/1000 der Masse in Licht und Wärme umgewandelt und freigesetzt wurden. Darüber hinaus können sich Heliumatome weiterhin zu anderen Atomen zusammenlagern. Seine Schlussfolgerungen wurden in den folgenden Jahrzehnten fast alle bestätigt.

Da die Lebensdauer der Sonne keine Obergrenze mehr darstellt, können wir endlich beruhigt das Alter der Erde selbst messen. Die Radioaktivität kommt erneut zur Rettung: Physiker haben entdeckt, dass die Zerfallsrate radioaktiver Atome stabil ist. So verringert sich beispielsweise die Zahl der Uran-238-Atome alle 4,5 Milliarden Jahre um die Hälfte und verwandelt sich schließlich in Blei-206. Sobald viele Gesteine ​​und Mineralien gebildet sind, können Uran und Blei von außen nur noch schwer in sie eindringen. Durch Messung des Verhältnisses von Uran 238 und Blei 206 in ihnen können wir feststellen, wie lange die Entstehung des Minerals her ist.

Das einzige verbleibende Problem bestand darin, die ältesten Mineralien zu finden. Als die Erde entstand, war sie eine Masse aus heißem Magma. Selbst wenn die ursprünglichen Mineralien hätten entstehen können, wären sie schon vor langer Zeit wieder geschmolzen. Die ältesten Funde sind nur etwa 4,2 Milliarden Jahre alt. Die astronomische Theorie geht jedoch davon aus, dass Sonne, Erde und andere Himmelskörper im Sonnensystem etwa zur gleichen Zeit entstanden sind, wobei kleinere Körper schneller abkühlten und so die Entstehung früherer Mineralien ermöglicht wurde. Forscher haben das Alter von Meteoriten und Mondgestein gemessen und schließlich festgestellt, dass die Erde etwa 4,5 Milliarden Jahre alt ist.

Die frühen Schlussfolgerungen der Physiker über das Alter der Erde waren an sich durchaus vernünftig und schwer zu widerlegen. Doch wie sich herausstellte, lagen sie damit völlig falsch, denn es gab eine völlig unentdeckte neue Energiequelle, die alle bisherigen Schlussfolgerungen auf den Kopf stellte. Dieses Phänomen ist in der Wissenschaft nicht weit verbreitet, kommt aber gelegentlich vor. Wenn alle bestehenden Theorien ein Phänomen nicht erklären können, ist möglicherweise eine völlig neue Theorie erforderlich. Natürlich ist es schwierig, eine völlig neue Theorie zu finden, wenn bestehende Theorien ausreichend sind.