La edad de la Tierra indica el tiempo transcurrido desde su origen hasta nuestros días. Los geólogos y geofísicos modernos consideran que la edad de la Tierra es de unos 4540 millones de años ± 1 %. Esta edad había sido determinada mediante técnicas de datación radiométrica de material proveniente de meteoritos y es consistente con la edad de las muestras más antiguas de material de la Tierra y de la Luna. Sin embargo, estudios más recientes basados en el decaimiento de hafnio 182 en tungsteno 182, determinados por John Rudge y colaboradores, del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge, en 2010, sugieren 4470 millones de años, reduciendo la datación en 70 millones de años.
Con el advenimiento de la revolución científica y el desarrollo de los métodos de datación radiométricos, se realizaron mediciones de la presencia de plomo en muestras minerales ricas en uranio, que indicaron que algunas tenían una edad que superaba los . El más antiguo de estos minerales que ha sido analizado son unos pequeños cristales de zirconio de la zona de Jack Hills en Australia Occidental; los cuales por lo menos tienen una edad de . Comparando la masa y luminosidad del Sol con las de las otras estrellas, parecería que el sistema solar no podría ser más antiguo que dichas rocas. Las inclusiones ricas en calcio-aluminio (Ca-Al) –los compuestos de meteoritos más antiguos formados en el sistema solar– tienen una edad de , lo que resulta en la edad del sistema solar y en una cota superior para la edad de la Tierra.
Existe una hipótesis que afirma que la formación de la Tierra comenzó poco tiempo después de la formación de las inclusiones ricas en Ca-Al y los meteoritos. Como aún se desconoce el instante en que ocurrió la formación de la Tierra y las predicciones obtenidas mediante diferentes modelos de creación van desde unos pocos millones de años hasta unos , es difícil determinar la edad exacta de la Tierra. También es difícil precisar la edad exacta de las rocas más antiguas sobre la superficie de la Tierra, ya que muy probablemente sean agregados de minerales de distintas épocas. El gneis Acasta ubicado en el norte de Canadá podría ser la más antigua masa rocosa expuesta en la corteza terrestre.
Desarrollo de los conceptos geológicos modernos
Los estudios de los estratos, la formación de las capas de roca y sedimentos, le han permitido comprender a los naturalistas que la Tierra podría haber pasado por numerosos cambios durante su existencia. Estas capas a menudo contienen restos fosilizados de criaturas desconocidas, lo que conduce a una interpretación de una serie de organismos que se sucedieron entre una capa a la siguiente. Ya en el Jenófanes interpretaba a las capas de restos fósiles exactamente de esta manera.
Nicolás Steno en el fue uno de los primeros naturalistas occidentales en apreciar la conexión existente entre los restos fósiles y los estratos. Basado en sus observaciones formuló importantes conceptos estratigráficos (por ejemplo, el «principio de la superposición de estratos» y el «principio de horizontalidad original»). Hacia 1790, el naturalista británico William Smith formuló la hipótesis de que, si dos capas de roca ubicadas en sitios muy disímiles contenían fósiles similares, entonces era muy factible que las capas provinieran de la misma época. Posteriormente un sobrino y discípulo de William Smith, llamado John Phillips, calculó utilizando este tipo de técnicas que la edad de la Tierra sería de unos .
A mediados del el naturalista Mijaíl Lomonósov, considerado el fundador de la ciencia rusa, sugirió que la Tierra había sido formada de forma independiente del resto del universo, varios cientos de miles de años antes. Las ideas de Lomonosov eran principalmente de naturaleza especulativa, pero en 1779, el naturalista francés Comte du Buffon trató de calcular la edad de la Tierra realizando un experimento: creó un globo de dimensiones reducidas que se asemejaba por su composición a la Tierra y luego midió su ritmo de enfriamiento. Como resultado estimó que la Tierra tendría unos 75 000 años de edad.
Otros naturalistas utilizaron hipótesis para construir una historia de la Tierra, aunque sus secuencias temporales eran inexactas ya que no conocían cuanto tiempo había tomado la formación de los distintos estratos. En 1830, el geólogo Charles Lyell, basado en algunas ideas formuladas previamente por el filósofo y naturalista escocés James Hutton, popularizó el concepto de que las características de la Tierra están en cambio perpetuo, a través de procesos de erosión y reforma continua, y que el ritmo de cambio era aproximadamente constante. Esta idea era radicalmente distinta al concepto tradicional, que considerada a la historia de la Tierra como algo estático, con los cambios solo ocurriendo en forma intermitente mediante catástrofes naturales. Numerosos naturalistas fueron influidos por las ideas de Lyell convirtiéndose en «uniformistas» que creían que el cambio era continuo y ocurría en una forma uniforme y a velocidad constante.
Primeros cálculos por físicos, geólogos y biólogos thumb|William Thomson (Lord Kelvin)
En su Introducción a la historia de los minerales (1774) Buffon calculó la edad de la Tierra en al menos 180 000 años. A pesar de que hoy resulta una cifra extraordinariamente pequeña, en su época se alejaba ya considerablemente del cálculo del arzobispo Usher a comienzos del a partir del relato bíblico. En su Cosmogonía (1775), Kant hablaba de millones e incluso de centenares de millones de años.
En 1862, el físico de Glasgow William Thomson (posteriormente llamado Lord Kelvin) publicó cálculos que estimaban la edad de la Tierra en una banda entre . Lord Kelvin supuso que la Tierra se habría formado como una bola de roca fundida, y calculó el tiempo que demoró el proceso de enfriamiento hasta las temperaturas actuales.
Los geólogos tenían dificultades para aceptar que la Tierra fuera tan joven. Los biólogos podían aceptar que la Tierra pudiera tener una edad finita, pero aún parecía un número demasiado pequeño para ser plausible. Charles Darwin, que había estudiado los trabajos de Lyell, había propuesto su teoría de la evolución de los organismos mediante selección natural, un proceso que se basa en la combinación de modificaciones hereditarias aleatorias y donde para que sea posible una selección acumulativa se requieren de grandes períodos de tiempo. Por ello aún no parecía ser un lapso suficiente.
En una disertación que Thomas H. Huxley un gran defensor de Darwin realizó en 1869, atacó los cálculos de Thomson, indicando que si bien parecían consistentes y precisos los mismos estaban basados en un conjunto de suposiciones erróneas. En 1856 el físico alemán Hermann von Helmholtz y en 1892 el astrónomo canadiense Simon Newcomb presentaron sus propios cálculos de 22 y respectivamente: cada uno de ellos en forma independiente había calculado el tiempo que le habría llevado al Sol evolucionar hasta su diámetro e intensidad actual a partir de la nebulosa de gas y polvo de la cual se formó. Estos valores eran consistentes con los cálculos de Thomson. Sin embargo, ellos solo supusieron que el Sol brillaba como consecuencia del calor generado por su contracción gravitacional. En aquella época el proceso de fusión nuclear era aún desconocido para la ciencia.
Otros científicos también apoyaron las estimaciones de Thomson. El astrónomo de la Universidad de Cambridge, George H. Darwin (hijo de Charles Darwin) propuso que la Tierra y la Luna se habían separado al comienzo de su existencia cuando aún eran masas líquidas. Él basándose en cálculos usando modelos de fricción mareomotriz calculó cuánto tiempo le tomó a la Tierra desarrollar el día de 24 horas de duración (se estima que hace la tierra rotaba cada 6 horas). Obtuvo una estimación de que apoyaban los valores de Thomson.
En 1899 y 1900, John Joly de la Universidad de Dublín calculó el ritmo al cual los océanos habrían acumulado sal mediante procesos de erosión, y determinó que los océanos tendrían una edad de unos .
Datación radiométrica
Introducción Las rocas minerales naturalmente contienen ciertos elementos y no contienen algunos otros. Pero es posible que mediante el proceso de decaimiento radiactivo de isótopos contenidos en la roca, aparezcan en su estructura elementos exóticos que inicialmente no se encontraban allí. Mediante la medición de la concentración del producto estable de estos decaimientos, sumado al conocimiento de la vida media y la concentración inicial del elemento que decae, se puede determinar la edad de una roca. Productos típicos producidos como resultado de decaimientos radiactivos son el argón, producto de cadenas de decaimiento de potasio-40, y plomo, a partir del decaimiento de uranio y torio. Si la roca se encuentra fundida, como sucede en el manto terrestre, tales productos estables que aparecen como resultado de procesos de decaimiento radiactivo pueden escapar o ser redistribuidos. Por lo tanto, la edad de la roca terrestre más antigua corresponde a una cota mínima de la edad de la Tierra, suponiendo que una roca no puede tener una vida que exceda la de la Tierra misma.
Manto convectivo y radiactividad Para 1892, Thomson ya había sido nombrado Lord Kelvin en reconocimiento por sus muchos logros científicos. Kelvin calculó la edad de la Tierra utilizando un método basado en los gradientes térmicos en el interior de la Tierra, y obtuvo un estimado de . Sin embargo Kelvin no se dio cuenta de que la Tierra tenía un manto fluido sumamente viscoso, y que esto hacia que sus cálculos fueran erróneos. En 1895, John Perry utilizando un modelo de un manto convectivo y una corteza delgada, estimó que la edad de la Tierra estaba de . Kelvin se mantuvo firme en su estimación de , inclusive con posterioridad redujo su predicción a un valor de .
La radiactividad introducirá otro factor adicional en el cálculo. En 1896, el químico francés A. Henri Becquerel descubrió la radiactividad. Y en 1898, otros dos científicos franceses, Marie y Pierre Curie, descubrieron los elementos radiactivos polonio y radio. En 1903 Pierre Curie y su colega Albert Laborde anunciaron que el radio producía suficiente calor para producir el fundido del equivalente de su propia masa en forma de hielo en una hora.
Rápidamente los geólogos se dieron cuenta de que el descubrimiento de la radiactividad echaba por tierra las suposiciones en que se basaban la mayoría de los cálculos de la edad de la Tierra. En dichos cálculos se suponía que la Tierra y el Sol se habían formado en algún punto en el pasado y que se habían ido enfriando en forma continua desde entonces. Pero la radiactividad aportaba un fenómeno por el que se generaba calor, tal como fuera destacado por primera vez, en 1903, por George Darwin y Joly.
Descubrimiento de la datación radiométrica La radiactividad, que había anulado la validez de los cálculos precedentes, sin embargo brindó nuevas herramientas para calcular la edad de la Tierra utilizando la datación radiométrica.
thumb|Ernest Rutherford en 1908
Ernest Rutherford y Frederick Soddy continuaron su trabajos con materiales radiactivos y llegaron a la conclusión que la radiactividad se debía a la transmutación espontánea de elementos atómicos. En un decaimiento radiactivo, un elemento se convierte en otro elemento, más liviano, y en el proceso emite radiación alfa, beta, o gamma. Ellos también encontraron que un elemento radiactivo decae para convertirse en otro a una velocidad característica que es distinta para cada elemento. Esta velocidad se expresa en función de la «vida media», o lapso necesario para que la mitad de una cantidad de un material radiactivo se transmute y convierta en su «producto de decaimiento».