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Introdução

Se, no ano de 1600 d.C., você tivesse perguntado a um europeu educado quantos anos tinha o planeta Terra e pediu-lhe que narrasse sua história, ele teria dito que ela tinha cerca de 6000 anos e que sua história antiga era dada pelo relato bíblico em Gênesis.

Se você fizesse a mesma pergunta a um europeu educado no ano de 1900, receberia uma resposta bastante diferente. Ele teria respondido que a Terra era antiga, que não houve um dilúvio noachiano e que as espécies de vida não haviam sido fixadas ao longo da história da Terra. Em suma, o Gênesis era uma alegoria e não uma história literal.

A história dessa grande mudança na concepção da história da Terra não é simples. A crônica dessa grande mudança pode ser dividida em cinco períodos;

O período pré-científico antes de 1600 d.C. Na era pré-científica, a narrativa bíblica e as especulações dos filósofos gregos eram aceitas sem grande questionamento.

A era das cosmogonias especulativas ocorreu entre 1600-1700 d.C. Neste período, foram propostas várias cosmogonias abrangentes. Estas eram ricas em especulações teóricas e pobres em evidências substantivas de apoio. Estas cosmogonias faziam parte do novo enfoque da ciência em buscar explicações racionais para as características do mundo.

A desinstitucionalização de Gênesis ocorreu entre 1700-1780 d.C. Este período foi marcado por uma grande quantidade de geologia de campo em vez de grandes cosmogonias. Ficou claro que houve mudanças significativas na topografia da Terra ao longo do tempo e que essas mudanças não podiam ser explicadas por processos naturais operando durante o breve período bíblico nem pelo suposto dilúvio de Noé. Observações notáveis incluíram:

  • Estudos das camadas sugeriram que elas foram depositadas por processos naturais nos quais o mar e a terra trocaram de lugar várias vezes.

  • Estudos de terremotos e vulcões mostraram que a crosta superficial está sujeita a transformações naturais massivas.

  • A observação da chuva, vento, erosão hídrica e erosão marinha em ação mostrou que eram forças capazes de reduzir montanhas e criar vales.

O debate entre catastrofistas e uniformitaristas ocorreu por volta de 1780-1850. No final do século XVIII, ficou claro que a Terra tinha uma longa e variada história. O interesse nas grandes cosmogonias foi revivido. O principal debate foi entre os catastrofistas, por exemplo, Cuvier, que sustentavam que a história da Terra foi dominada por grandes revoluções catastróficas, e os uniformitaristas, por exemplo, Hutton e Lyell, que sustentavam que a história da Terra foi dominada por mudanças lentas e relativamente uniformes em uma Terra com uma história global estática. Durante a primeira parte deste período, houve uma considerável atividade por parte dos geólogos bíblicos que tentaram conciliar Gênesis e geologia. Os esforços dos geólogos bíblicos falharam significativamente; até 1830, a geologia bíblica era um assunto extinto na Ciência.

O período moderno ocorre de 1850 d.C. até os dias atuais. O grande debate foi vencido pelos uniformitaristas, tanto que o grau de gradualismo foi exagerado e a importância dos desastres foi indevidamente minimizada. O período moderno tem sido marcado por uma enorme expansão do conhecimento detalhado da história geológica da Terra e dos processos que atuaram durante essa história.

Muitos autores optam por apresentar a história de um assunto complexo dividindo-o em grandes linhas e seguindo a história de cada linha separadamente. Optei, em vez disso, por fornecer uma cronologia de obras significativas e seus autores, com o objetivo de proporcionar uma sensação de como as perspectivas sobre Geologia mudaram ao longo do tempo. As seleções e comentários aqui não constituem uma exposição completa das obras dos autores mencionados; foram escolhidas para ilustrar e exemplificar as mudanças de perspectivas ao longo do tempo.

Estimativas da Idade da Terra

Na Europa, a questão da idade da Terra não era uma questão séria antes do surgimento da ciência; a história da Terra era assumida como descrita em Gênesis. O surgimento da ciência produziu uma mudança significativa na atitude.

No mundo pré-científico, a questão da idade da Terra era uma questão teológica. O relato em Gênero está repleto de milagres que não resistem à análise racional. Isso não importava; a perspectiva teológica não exigia racionalização física. Não foi excluída, per se, mas não era necessária. Não fazia parte da atitude. Na nova ciência, no entanto, a explicação racional era desejável. Ussher e Descartes ilustram a diferença.

Em 1640, Ussher produziu seu famoso cálculo de que a Terra foi criada em 4004 a.C. Em 1637, Descartes produziu uma cosmogonia que foi altamente influente por mais de um século. Qual era a diferença?

Não foi em suas estimativas da idade da Terra - Descartes manteve a data bíblica. Ussher aceitou o relato bíblico à face valor, confiando nas genealogias bíblicas e nos registros históricos existentes. Ele implicitamente assumiu que o mundo foi criado muito como é agora. Descartes, no entanto, tentou discernir uma história física da Terra. Seu relato era plausível pelos padrões imaturos da Ciência de sua época; no entanto, definitivamente não correspondia ao relato bíblico de uma criação concluída em seis dias.

No século XVIII, a crença em uma Terra com 6.000 anos de idade desmoronou. Tentativas de calcular a idade da Terra a partir de considerações físicas resultaram em estimativas que variaram de 75.000 anos (Buffon, 1774) a vários bilhões de anos (de Maillet, Buffon).

Os modelos físicos eram passíveis de questionamento e, em retrospecto, eram ingênuos. As evidências geológicas eram mais sérias. Ficou bastante claro que muitas áreas da Terra alternaram entre ser terra e estar coberta por mares, que houve sedimentação lenta extensa, que as montanhas não foram criadas in situ como se pensava, mas que tiveram uma longa história de deformação lenta, e que longos períodos de erosão moldaram a Terra em todo lugar.

No início do século XIX, era geralmente aceito que a Terra tinha uma longa história. No entanto, sua idade estava mal definida. Os uniformitaristas (Hutton 1788, Lyell 1830) imaginavam a Terra como sendo indefinidamente antiga.

Os catastrofistas (Cuvier 1812, de Beaumont 1852, Buckland 1836) aceitavam que a Terra era antiga; eles discordavam sobre o tipo de mudança e a taxa de mudança que ocorreram ao longo dessa longa história.

Não havia uma única estimativa da idade da Terra no meio do século XIX e não havia uma boa maneira de chegar a uma. Houve várias tentativas de estimar a idade da Terra, trabalhando para trás a partir das taxas de sedimentação e outros fenômenos geofísicos. As tentativas produziram estimativas que variavam de cerca de 100 milhões de anos até vários bilhões de anos. Havia dois problemas principais com tais esforços. O primeiro é que a história geológica ainda estava sendo reconstruída. O segundo é que as taxas dos processos físicos em questão são variáveis e o conhecimento sobre elas era incompleto.

No final do século XIX, físicos, armados com uma física mais avançada do que a disponível para Descartes, fizeram novas estimativas da idade da Terra e do Sol. Havia duas perguntas básicas que eles fizeram: Quanto tempo levaria para a Terra esfriar de seu calor inicial de formação até sua temperatura atual e, dada as fontes de energia conhecidas na época, há quanto tempo o Sol estava brilhando.

Em 1862, Kelvin estimou a idade da Terra em 98 milhões de anos, com base em um modelo da taxa de resfriamento. Esta era uma idade mínima aceitável consistente com a geologia. Mais tarde, em 1897, ele revisou sua estimativa para baixo, para 20-40 milhões de anos. Isso era muito curto para os geólogos aceitarem. As estimativas da idade do Sol também eram muito pequenas para serem consistentes com a geologia.

Kelvin não sabia sobre a radioatividade e o aquecimento da crosta terrestre pelo decaimento radioativo; por essa razão, suas estimativas estavam completamente erradas. Da mesma forma, não foi até que a teoria da relatividade de Einstein fosse desenvolvida que houve uma boa explicação de como o Sol poderia ter brilhado por tanto tempo.

Antes do desenvolvimento da datação radiométrica, os geólogos estabeleceram as idades relativas das rochas usando estratigrafia (a coluna geológica) e fizeram estimativas grosseiras de idades absolutas, levando em conta as taxas de sedimentação e erosão. A datação radiométrica permite a determinação precisa de datas absolutas. A primeira datação radiométrica foi realizada em 1905; ela e as medições subsequentes confirmaram que a Terra tinha vários bilhões de anos. Atualmente, a melhor estimativa da idade da Terra é de 4,55 bilhões de anos. Uma cronologia extensa do desenvolvimento da datação radiométrica é apresentada abaixo na seção Cronologia da datação radiométrica.

Deve-se entender que estimar as idades das rochas usando datação radiométrica é uma técnica inteiramente separada do método de datação por carbono-14 (C-14) para restos orgânicos. A datação radiométrica de rochas baseia-se no decaimento de isótopos de vida longa de Potássio, Tório e Urânio. A datação por carbono-14 baseia-se no decaimento do isótopo de vida curta C-14 e é irrelevante para determinar a idade da Terra.

Cronologia das Publicações

1510 Leonardo Da Vinci: Seleções dos Cadernos de Leonardo Da Vinci. Em seus cadernos, Da Vinci reflete sobre conchas fósseis e conclui que elas não poderiam ter sido depositadas pelo Dilúvio de Noé. Ele escreveu:

"Se o Dilúvio tivesse transportado as conchas por distâncias de três e quatrocentas milhas do mar, teria transportado-as misturadas com vários outros objetos naturais, todos amontoados juntos; mas mesmo a tais distâncias do mar vemos as ostras todas juntas, assim como os moluscos e os lulas e todas as outras conchas que se agrupam, encontradas todas juntas mortas; e as conchas solitárias são encontradas separadas umas das outras, como vemos todos os dias nas praias."

"E encontramos ostras juntas em famílias muito numerosas, entre as quais algumas podem ser vistas com suas conchas ainda unidas, indicando que foram deixadas ali pelo mar e que ainda estavam vivas quando o estreito de Gibraltar foi aberto. Nas montanhas de Parma e Piacenza, podem ser vistas multitudes de conchas e corais com furos ainda presas às rochas..."
1594 Loys le Roy: Sobre o curso intercambiável ou a variedade das coisas no mundo inteiro. Le Roy aceitou que terra e mar podiam trocar de lugar e que montanhas podiam ser reduzidas a planícies e vice-versa. Le Roy era vago sobre os mecanismos reais. Ele pode ser considerado um uniformitarista muito precoce.
1625 Nathaniel Carpenter: Geografia delineada em dois livros Neste trabalho precoce, Carpenter argumentou que o Dilúvio não poderia ter sido o agente principal da mudança geológica,
1634 Simon Stevin: Segundo Livro de Geologia. Stevin seguiu Le Roy com argumentos de que o vento e a água eram suficientes como agentes primários.
1637 Rene Descartes: Discours de la Methode. Descartes construiu uma história da Terra que foi bastante influente; foi o ponto de partida para muitas cosmogonias posteriores. Alguns dos principais pontos de seu sistema eram que a Terra se formou como uma bola de fogo, que quando resfriou uma crosta se formou sobre as águas abissais, e que essa crosta colapsou, liberando volumes massivos de água.
1640 James Ussher: Vários autores calcularam a data da criação, utilizando as cronologias bíblicas, registros astronômicos e cronologias históricas. Desses, a data de Ussher, 4004 a.C., é a mais famosa. Outras datas incluem 3928 a.C. (John Lightfoot, 1644 d.C.) e 5529 a.C. (Teófilo de Antioquia, 169 d.C.).
1669 Nicholas Steno: O Prodromo. Steno realizou a análise básica de como os fósseis ficam incorporados na pedra. A partir de suas observações de campo da paisagem toscana, concluiu que o Dilúvio foi importante, mas não explicou completamente a geologia observada.
1681 Thomas Burnet: Teoria Sagrada da Terra. O famoso e amplamente lido livro de Burnet recriou as especulações de Descartes para se adequar ao relato bíblico. Em sua concepção, a Terra pré-diluviana era um ovoide liso. Com o tempo, a superfície secou e as águas abissais foram aquecidas. Eventualmente, a superfície rachou, liberando as águas abissais no dilúvio de Noé.
1691 John Ray: A Sabedoria de Deus Manifestada nas Obras da Criação. Ray reworkou a cosmogonia de Burnet. Uma das características notáveis das obras de Ray foi o pensamento dedicado às possíveis fontes das águas do dilúvio. Ray aceitou que houve uma troca contínua entre terra e mar.
1693 Barão Leibniz: Protogea. Leibniz reworkou a cosmogonia de Descartes. Protogea foi publicada muito mais tarde, em 1749.
1695 John Woodward: An essay toward a Natural History of the Earth. Woodward defendeu fortemente a visão de que o dilúvio foi um ato de Deus que não poderia ser explicado por processos físicos normais. Ele também postulou a classificação hidrológica para explicar a ordenação dos fósseis.
1696 William Whiston: Uma nova teoria da Terra.... Whiston adicionou cometas à cosmogonia de Burnet como a fonte das águas do dilúvio.
1705 Robert Hooke: Lições e Discurso sobre Terremotos e Erupções Subterrâneas. Hooke acreditava que os fósseis eram os restos de espécies extintas e não podiam ser explicados pelo Dilúvio.

"Ao perguntar a si mesmo como as atuais áreas de terra se tornaram secas, ele responde 'poderia ser devido ao Dilúvio de Noé, já que a duração deste, que foi de apenas cerca de duzentos dias naturais, ou meio ano, não poderia fornecer tempo suficiente para a produção e perfeição de tantos e tão grandes e tão desenvolvidos conchas, como estas que são encontradas testemunham; além disso, a quantidade e espessura dos leitos de areia com os quais elas muitas vezes são encontradas misturadas, argumentam que deve haver necessariamente um tempo muito mais longo de residência dos mares acima do mesmo, do que um espaço tão curto pode fornecer."
1748 Benoit de Maillet: Telliamed, ou Conversas entre um Filósofo Indiano e um Missionário Francês sobre a Diminuição do Mar. Usando a cosmologia de Descartes, a suposição de que a Terra foi uma vez totalmente inundada e a observação de que o nível do mar estava caindo três polegadas por século perto de sua casa, ele calculou que a idade da Terra fosse maior que 2 bilhões de anos.
1771 Peter Pallas: Observação sobre a Formação dos Montanhosos.... Pallas fez observações extensas das montanhas russas. Ele observou os resultados de processos que atuaram sobre as montanhas, por exemplo, intemperismo, erosão, deposição e a fratura e elevação de camadas. Ele argumentou por eventos catastróficos ocasionais como origem para a formação de montanhas.
1774 Comte de Buffon: Épocas da Natureza. Buffon assumiu que a Terra começou derretida, mediu as taxas de resfriamento de esferas de ferro, extrapolou para escalas maiores e calculou a idade em ~75.000 anos. Ele mesmo suspeitava que isso era muito jovem e, em manuscritos publicados após sua morte, sugeriu cronologias mais longas, incluindo uma estimativa de quase 3 bilhões de anos.
1778 Jean de Luc: Lettres Physique et Morales sur l'Histoire de la Terre et de l'Homme. A obra de De Luc é "transicional entre a especulação do século XVII e o empirismo de plantão do século XIX." De Luc aceitou o relato bíblico, incluindo o dilúvio noachiano; no entanto, ele assumiu que os seis dias da criação eram seis longos períodos de duração indefinida.
1778 John Whitehurst: Uma investigação sobre o Estado Original da Terra. Whitehurst adicionou a noção de ação maré drástica da lua à cosmogonia de Woodward.
1779 Horace-Benedict de Saussure: Voyages dans les Alpes. De Saussure fez observações extensas dos Alpes. Ele percebeu que as camadas curvas originalmente haviam sido depositadas como folhas horizontais e foram posteriormente deformadas.
1787 Abraham Werner: Kurze Klassification und Beschreibung der verschiedener Gebirgsarten. Werner reconheceu a importância do avanço e recuo sucessivos dos oceanos para criar as camadas da Terra.
1788 James Hutton: Teoria da Terra; ou, uma investigação das leis observáveis na composição, dissolução e restauração da terra sobre o globo. Hutton é tradicionalmente creditado como o pai da geologia moderna. Ele foi o primeiro uniformitarista moderno. Hutton argumentou que a Terra era de imensa antiguidade, ciclando por meio de mudanças através de processos lentos sem catástrofes. A última frase da obra de 1788 de Hutton é famosa e amplamente citada:

O resultado, portanto, da nossa presente investigação é que não encontramos nenhum vestígio de um começo - nem perspectiva de um fim.
1794 Robert Townson: Filosofia da Mineralogia. Townson foi um dos muitos catastrofistas do final do século 18 e início do século 19. Ele apontou que os trabalhos de campo revelaram que as características da superfície da Terra não podiam ser explicadas por uma única Criação e um dilúvio catastrófico, mas sim por sucessões de formação e mudança dramática.
1794 Richard Sullivan: Uma Visão da Natureza. Sullivan era outro catastrofista. Ele escreveu:

Assim, uma revolução sucede à outra. Quando as massas de conchas foram amontoadas nos Alpes, então, no seio do oceano, deve ter havido porções da terra, inquestionavelmente secas e habitadas; restos vegetais e animais o provam; nenhuma camada até agora descoberta, com outras camadas sobre ela, não foi, em algum momento, a superfície. O mar anuncia em todos os lugares suas diferentes estadias; e, pelo menos, fornece convicção de que todas as camadas não foram formadas no mesmo período.
1799 Robert Kirwan: Ensaios Geológicos. Kirwan era um geólogo bíblico. Embora ele seguisse principalmente o relato bíblico em sua descrição da formação da topografia da Terra, isso levou vários séculos. Os ataques virulentos de Kirwan contra Hutton tiveram o efeito de tornar Hutton muito mais conhecido do que teria sido caso contrário.
1812 James Hall: Transactions of the Royal Society of Edinburgh. Hall argumentou que os ciclos de água de Hutton eram insuficientes para explicar as grandes rochas tombadas nos Alpes. Ele propôs ondas gigantes em uma escala catastrófica que moviam gelo e rocha.
1812 Barão de Cuvier: Discurso sobre as Revoluções do Globo. Cuvier era o mais conhecido e influente dos catastrofistas. Suas extensas pesquisas na geologia da bacia de Paris levaram-no a postular uma série de muitas catástrofes globais.
1820 William Buckland: Vindiciae Geologicae. Em 1820, Buckland era um geólogo bíblico. Assim, ele escreveu:

Novamente, o grande fato de um dilúvio universal em um período não muito remoto é provado em bases tão decisivas e incontestáveis que, se nunca tivéssemos ouvido falar de tal evento na Escritura ou de qualquer outra autoridade, a Geologia por si mesma teria chamado à assistência de alguma tal catástrofe para explicar os fenômenos da ação diluviana que são universalmente apresentados a nós e que são inexplicáveis sem recurso a um dilúvio exercendo seus estragos em um período não mais antigo do que aquele anunciado no livro de Gênesis.
1830 Charles Lyell: Princípios de Geologia. Esta foi a obra que "venceu" o debate entre catastrofistas e uniformitaristas. Lyell estabeleceu quatro princípios de uniformidade:
  • Uniformidade da lei (as leis naturais permaneceram as mesmas)
  • Uniformidade do processo (as mesmas causas hoje como no passado)
  • Uniformidade da taxa (as mudanças ocorreram na mesma taxa que agora)
  • Uniformidade do estado (a Terra era muito semelhante no passado como é agora)
Na Geologia moderna, reconhece-se geralmente que Lyell exigiu demais nos três últimos princípios. Mudanças drásticas, embora não tão abrangentes quanto aquelas imaginadas pelos catastrofistas, ocorrem de tempos em tempos. Houve mudanças significativas de estado devido a fatores como o declínio da força das fontes radioativas de calor, a aquisição de oxigênio como componente atmosférico majoritário, a colonização da terra pela vida, a tectônica de placas e o bombardeio de asteroides.
1836 William Buckland: Geologia e Mineralogia consideradas com referência à Teologia Natural. Até 1836, Buckland havia abandonado o dilúvio de Noé como fonte de mudanças geológicas principais. Em vez disso, postulou inúmeras catástrofes pré-diluvianas.
1852 Jean Baptiste de Beaumont: Notice sur des Systemes de Montagnes. De Beaumont foi um catastrofista relativamente tardio. Ele argumentou que, conforme a Terra esfria, seu volume diminui lentamente. A retração causa a formação de montanhas através do amassamento catastrófico da superfície.
1857 Hugh Miller: O Testemunho das Rochas. Miller era um geólogo criacionista muito popular. Ele acreditava que o dilúvio de Noé foi um dilúvio local no Oriente Médio e não aceitava a teoria de que a Terra era jovem. Na página 324, ele escreveu:

"Nenhum homem familiarizado com os contornos gerais da Paleontologia, ou da verdadeira sucessão das formações sedimentares, foi capaz de acreditar, durante o último meio século, que qualquer prova de um dilúvio geral pudesse ser derivada dos sistemas geológicos *mais antigos* — Paleozóico, Secundário [Mesozóico] ou Terciário."
1862 Lord Kelvin: Sobre o Resfriamento Secular da Terra. Usando princípios termodinâmicos e medições da condutividade térmica das rochas, Kelvin calculou que a Terra se consolidou a partir de um estado fundido há 98 milhões de anos. Em 1897, ele revisou sua estimativa para 20-40 milhões de anos. Dalrymple diz que as estimativas de Kelvin foram "altamente autoritárias" por três décadas, mas observa que foram desafiadas por pessoas de várias áreas, incluindo T. H. Huxley, John Perry (um físico) e T. C. Chamberlain (um geólogo). Todos eles desafiaram a probabilidade das suposições de Kelvin.
1893 Charles D. Walcott: Tempo Geológico, conforme Indicado pelos Rochas Sedimentares da América do Norte. Walcott faz uma análise detalhada dos sedimentos do Paleozóico do Mar Cordilheira (justo a leste das Montanhas da Sierra Nevada), considerando coisas como a área terrestre que fornece sedimentos e os tamanhos dos grãos dos sedimentos. Ele chegou a uma estimativa de 17,5 milhões de anos para o Paleozóico e, com base em várias outras estimativas dos autores sobre as idades relativas das outras eras, 55 milhões de anos para a Terra.
1905 Ernest Rutherford: Nas Palestras Silliman na Yale, Rutherford sugeriu o uso da radioatividade como um cronômetro geológico. A ideia era boa, mas havia problemas práticos. Inicialmente, pouco se sabia sobre a física e a química dos elementos radioativos. A instrumentação precisava ser aprimorada. A próxima seção é uma cronologia dos principais eventos no estabelecimento da idade da Terra usando a datação radiométrica.

Cronologia da datação radiométrica

Por Chris Stassen (com grande dívida para com Dalrymple's The Age of the Earth)
Agradecimentos também a Richard Harter por muita ajuda.

O período 1896-1905 marca a descoberta da radioatividade e a compreensão de que as rochas podem ser datadas por meio do decaimento radioativo.

1896 A. Henri Becquerel descobre que compostos contendo urânio emitem raios invisíveis semelhantes aos raios X. (Os raios X haviam sido descobertos em 1895 por Wilhelm Roentgen.)
1898 Marie e Pierre Curie cunham o termo "radioatividade", provam que a radioatividade é uma propriedade dos átomos (em oposição à composição molecular), descobrem a radioatividade do tório e identificam alguns dos produtos intermediários das séries de decaimento do urânio e do tório.
1902 Ernest Rutherford e Frederick Soddy demonstram a natureza exponencial do decaimento radioativo.
1905 Em uma palestra em Harvard, Ernest Rutherford sugere que as proporções urânio/hélio ou urânio/chumbo poderiam teoricamente ser utilizadas para calcular a idade das rochas.

Neste ponto, o fenômeno do decaimento radioativo ainda era muito pouco compreendido. Os produtos intermediários e finais não eram conhecidos com certeza. As taxas de decaimento eram totalmente desconhecidas, exceto a do rádio (um produto intermediário de vida curta que os Curies identificaram e isolaram). Os pesquisadores não estavam cientes de que pode haver múltiplos isótopos do mesmo elemento, cada um com uma taxa de decaimento diferente.

No entanto, isso não impediu que os geólogos fizessem várias medições de urânio/hélio e urânio/chumbo nos anos seguintes. Em muitos casos, o trabalho foi realizado em rochas cujas idades relativas eram conhecidas independentemente, a fim de avaliar se as razões dos elementos correlacionavam-se com a idade relativa. Descobriu-se que o urânio/hélio não é geralmente confiável porque o hélio não é retido consistentemente.

1907 B.B. Boltwood realiza medições que indicam que o chumbo é o produto final do decaimento do urânio, pois sua abundância está fortemente correlacionada com a idade relativa dos minerais contendo urânio. Boltwood tenta algumas idades simples de urânio/chumbo, extrapolando a taxa de decaimento do urânio a partir da suposição de equilíbrio de decaimento e da taxa de decaimento do rádio previamente medida. (Quando uma série de decaimento atingiu o equilíbrio, a razão entre as quantidades dos elementos presentes é igual à razão entre suas taxas de decaimento.)
1911 Arthur Holmes publica várias idades de urânio/chumbo baseadas principalmente em medições realizadas por Boltwood e um valor melhorado para a taxa de decaimento do urânio. Estas variam de 340 milhões de anos (uma amostra do período Carbonífero) a 1.640 milhões de anos (uma amostra do Pré-Cambriano).

Os cálculos de Holmes são chamados de idades químicas (em oposição às idades isotópicas) porque são derivados de razões de elementos sem considerar os isótopos. Em 1911, os geólogos não sabiam sobre isótopos, nem sobre todos os produtos de decaimento intermediários entre o urânio e o chumbo, nem que o chumbo também era produzido pelo decaimento do tório. Como resultado de não compensar esses (fatores então-desconhecidos), as idades computadas são excessivamente altas.

Embora as idades de Holmes estejam incorretas, elas acabam por se revelar estimativas muito melhores do que as melhores disponíveis anteriormente para os geólogos (que se baseavam em processos não uniformes e não confiáveis, como as taxas de sedimentação). As idades de Holmes para amostras do Fanerozoico (Câmbrico ou posteriores) estão dentro de 20% dos valores fornecidos pelos métodos modernos. No início dos anos 1900, no entanto, os resultados de Holmes pareciam estar em desacordo com outros métodos em uso comum, e não foram recebidos com aceitação imediata de todos os setores.

1913 J.J. Thompson observa que os átomos de néon possuem dois pesos atômicos diferentes (20 e 22), utilizando equipamento que ele chama de aparelho de "raios positivos". A existência de isótopos é confirmada. Infelizmente, levaria muito tempo para acumular conhecimento significativo sobre os isótopos relevantes para a datação geológica. Os métodos de datação química não cederiam completamente aos métodos de datação por isótopo até quase 1940.
1917 J. Barrell publica uma escala de tempo Fanerozoico baseada em idades químicas produzidas por Holmes (1911) e interpolações envolvendo métodos menos quantitativos. As divisões na escala de tempo caem bastante próximas dos valores aceitos hoje. Por exemplo, Barrell posicionou a fronteira Cenozoico-Mesozoico (Cretáceo-Terciário) em 55-65 milhões de anos atrás (valor atual: 65 milhões de anos atrás), e a base do Cambriano em 360-540 milhões de anos atrás (valor atual: 570 milhões de anos atrás).
1920 F.W. Aston aperfeiçoou o aparelho de raios positivos de Thompson (1913) e inventou o que ele chamou de "espectrógrafo de massa". Usando este dispositivo, ele descobriu um terceiro isótopo de néon com peso atômico 21. Aston dedicou o restante de sua vida a melhorar o design e a precisão de seu dispositivo, e ao longo do tempo descobriu 212 dos 287 isótopos que ocorrem naturalmente.

O período inicial foi marcado pelo desenvolvimento do conhecimento e da técnica, bem como pela avaliação das idades de rochas e formações individuais. No entanto, os pesquisadores começaram a perceber que os mesmos métodos prometem ser úteis para avaliar a idade da Terra.

Calcular uma idade para a Terra introduz complexidade adicional: mesmo que seja dado que idades precisas para rochas podem ser obtidas, não há garantia de que a idade de qualquer rocha dada seria a idade da Terra. Seria necessário encontrar rochas que se formaram ao mesmo tempo que a Terra, ou então desenvolver técnicas de datação que pudessem "olhar para trás" através de eventos mais recentes até a formação da Terra.

1921 Henry Russell calcula uma idade química máxima de oito bilhões de anos para a crosta terrestre, com base em estimativas do seu conteúdo total de urânio e chumbo. Usando a idade dos minerais precambrianos mais antigos (naquela época) como um mínimo para a idade da Terra, Russell disse:

Tomando a média deste valor e do limite superior encontrado acima, a partir da razão de urânio para chumbo, obtemos 4 x 109 anos como uma aproximação grosseira para a idade da crosta terrestre.
(Russell 1921, citado em Dalrymple 1991)
1927 Arthur Holmes publica um folheto sobre a idade da Terra, que se torna bastante popular. O folheto contém uma versão revisada do cálculo de Russell, baseada em estimativas diferentes da quantidade total de urânio e chumbo na crosta terrestre. Holmes sugere que a idade da Terra está entre 1,6 e 3 bilhões de anos. Vinte anos após as primeiras tentativas sérias de idades de decaimento radioativo (Boltwood 1907), o número total de idades de minerais calculadas ainda é pequeno o suficiente para que Holmes possa resumir todas elas em uma tabela curta.

Entre 1921 (estimativa de Russell) e aproximadamente a Segunda Guerra Mundial, foram calculados e publicados vários idades químicas similares para a crosta terrestre. Estas incluem: 3,4 bilhões de anos (Rutherford 1929); 4,6 bilhões de anos (Meyer 1937); e 3 a 4 bilhões de anos (Starik 1937).

1927b F.W. Aston realiza as primeiras medições das razões isotópicas do "chumbo comum". Nesta época, já se sabia que o chumbo encontrado em associação com o urânio tinha um peso atômico relativamente baixo, mas parecia que todo o outro chumbo (conhecido como "chumbo comum") tinha o mesmo peso atômico. (O peso atômico mais leve do chumbo em associação com o urânio deve-se ao enriquecimento em 206Pb decorrente do decaimento do 238U. O 206Pb é mais leve que o peso atômico do chumbo comum, que é de aproximadamente 207,2.)
1937 Alfred Nier começa a realizar uma série de medições cuidadosas sobre a composição isotópica do chumbo comum. Ele descobre que as razões isotópicas do chumbo comum podem variar significativamente, mesmo em casos em que o peso atômico não varia. Os isótopos de chumbo radiogênico mais comuns -- 208Pb (proveniente do 232Th) e 206Pb (proveniente do 238U) -- têm, em média, aproximadamente o mesmo peso atômico que o "chumbo comum". Enquanto ambos forem adicionados em quantidades aproximadamente iguais, a composição isotópica (em relação ao 204Pb) será alterada, mas o peso atômico não.

Nier conclui que as variações na composição isotópica do "chumbo comum" são devidas à mistura em graus variados entre chumbo radiogênico e chumbo "primordial" (que existia em uma razão isotópica fixa, mas desconhecida até este ponto no tempo, no momento da formação da Terra).
1941 Alfred Nier obtém e mede alguns minérios de chumbo antigos que possuem as menores razões de 207Pb/204Pb e 206Pb/204Pb de qualquer rocha encontrada até a data. (204Pb não é produzido por decaimento radioativo, enquanto todos os outros isótopos estáveis de chumbo são. Quanto menor a razão de outros isótopos de chumbo em relação ao 204Pb, menos chumbo radiogênico está presente.) Nier especula que estes representam aproximadamente as razões isotópicas "primordiais" do chumbo.
1941b E. Gerling utiliza as razões isotópicas de chumbo "primordiais" de Nier (1941) para criar curvas de crescimento isotópico do chumbo, e utiliza estas para estimar uma idade mínima para a crosta terrestre de 3,2 bilhões de anos. Ao fazer isso, Gerling desenvolve a técnica básica que eventualmente produzirá uma idade precisa para a Terra e o sistema solar.

Infelizmente, os cálculos originais de Gerling estão incorretos principalmente porque o minério de chumbo antigo de Nier não é verdadeiramente "primordial" em sua composição. Embora o resultado de Gerling esteja dentro de 30% da idade real da Terra, ele é meramente uma boa medição da idade das amostras de Nier e não da idade do planeta em si.
1944 Durante a Segunda Guerra Mundial, pesquisas intensas sobre a bomba atômica levaram a melhorias fantásticas nos equipamentos para identificação e análise de isótopos. Tornou-se possível detectar quantidades mínimas de isótopos específicos e medir sua abundância com alta precisão.
1946 Alfred Nier melhora o design do espectrômetro de massa e sua oficina mecânica constrói dezenas desses dispositivos. A ampla disponibilidade desse equipamento permite que um número muito maior de pesquisadores entre no estudo da geologia isotópica. Até o início dos anos 1950, universidades em todo o mundo possuem laboratórios dedicados à realização de avaliações de idade isotópica.
1946b Arthur Holmes produz cálculos baseados nos dados de Nier (1941). Holmes não estava ciente do trabalho de Gerling (1941b) e tentou uma técnica ligeiramente diferente. Os cálculos de Holmes resultam em uma ampla gama de valores; quando plotados em um histograma, um pico óbvio nas medições ocorre em aproximadamente 3,3 bilhões de anos (um valor semelhante ao de Gerling).

O cálculo de Holmes envolve a suposição de que o chumbo na Terra havia sido separado uma vez há muito tempo e que as unidades individuais foram permitidas a evoluir ao longo de curvas de crescimento isotópico independentes. Devido a essa suposição estar incorreta, Holmes interpreta incorretamente a dispersão ao redor de uma única curva de crescimento como um número de curvas de crescimento independentes. Seu trabalho em rastrear as curvas "independentes" até sua interseção mútua não produz resultados significativos.
1946c F. Houtermans realiza independentemente cálculos semelhantes aos de Holmes (1946b) e falha essencialmente da mesma maneira. Seu trabalho é notável porque ele é o primeiro a enfatizar que os dados sobre diferentes curvas de crescimento isotópico seriam colineares se começassem no mesmo ponto, e para essas linhas ele cunha o termo "isócronas" (agora conhecido como "isócronas").

Até 1946, o equipamento e o entendimento do processo de decaimento eram suficientemente maduros para gerar uma avaliação precisa da idade da Terra. Já havia sido amplamente estabelecido que a datação por isótopos pode produzir resultados precisos e significativos. No entanto, o principal problema remanescente era ainda o mesmo que o de quase trinta anos antes: exatamente como aplicar as técnicas e a que objetos aplicá-las, a fim de obter uma idade para a Terra.

A avaliação das curvas de crescimento isotópico do chumbo (um pouco injustamente atribuído a Gerling, conhecido como o Modelo Holmes-Houtermans) oferece perspectivas promissoras, pois permite olhar para trás através de eventos recentes até um ponto de origem. No entanto, a chave — e ainda ausente — dos dados necessários para utilizar tal método seriam as razões isotópicas do chumbo no momento da formação da Terra (ou seja, o do chumbo "primordial").

1953 Clair C. Patterson produz medições isotópicas de chumbo "primordiais" precisas a partir de minerais do meteorito Canyon Diablo, que contêm muito pouco (menos de dez partes por bilhão) de urânio. Os meteoritos fornecem a solução final para o enigma, pois são ambos "rochas que se formaram ao mesmo tempo que a Terra", e fornecem os dados importantes que permitem que os cálculos isotópicos de chumbo olhem para trás até a formação da Terra. Anteriormente, não havia nenhuma maneira de avaliar diretamente a idade da Terra; uma vez que os meteoritos foram envolvidos, de repente havia vários meios independentes.

Em uma edição recente da revista Caltech Alumni Magazine, Clair Patterson discutiu as ideias que levaram à medição:

[Harrison] Brown havia trabalhado este conceito de que o chumbo nos meteoritos de ferro era o tipo de chumbo que estava no sistema solar quando ele foi formado pela primeira vez, e que foi preservado nos meteoritos de ferro sem mudança do decaimento do urânio, porque não há urânio nos meteoritos de ferro. [...]
Há dois isótopos de urânio que decaem para dois isótopos diferentes de chumbo, e também há tório, que decai para outro isótopo de chumbo. Então você tem três isótopos diferentes de chumbo. E a coisa toda fica misturada. Você tem todas essas equações de idade separadas para os diferentes isótopos de urânio e diferentes isótopos de chumbo que foram formados. [...] Se apenas soubéssemos qual era a composição isotópica do chumbo primordial na Terra no momento em que ela se formou, poderíamos pegar esse número e colocá-lo nesta maravilhosa equação que os físicos atômicos haviam trabalhado. E você poderia girar a manivela e dar um clique--e sairia a idade da Terra.
(Patterson 1997)
1953b F.G. Houtermans usa os dados de Patterson (1953) e as razões isotópicas de chumbo de sedimentos terrestres jovens, para calcular uma idade aproximada para a Terra de 4,5 ± 0,3 bilhões de anos. Estes representam a primeira publicação do valor correto por um cálculo válido.

No entanto, os cálculos de Houtermans são essencialmente isócronos baseados em dois pontos de dados (um ponto de dados para meteoritos de ferro, outro para sedimentos terrestres jovens). Sem dados adicionais para ligar a Terra e os meteoritos a uma fonte comum, os valores computados não são garantidos para serem significativos.
1956 Clair C. Patterson publica uma idade isócrona para o sistema solar (e, portanto, para a Terra) de 4,55 ± 0,07 bilhões de anos. O cálculo da idade é baseado na análise de isótopos de Pb de cinco meteoritos. Patterson aponta que os dados para sedimentos terrestres jovens caem na mesma isócrona; isso implica que a Terra compartilha uma origem comum com os meteoritos datados. Embora apenas alguns meteoritos tivessem sido datados até este ponto no tempo, e as idades individuais dos meteoritos que existiam não eram muito precisas, elas também concordam com a idade isócrona.
1998 Muitos dados foram coletados desde os trabalhos de Patterson (1953, 1956) e Houtermans' (1953b). A precisão dos instrumentos melhorou. Muitos mais meteoritos foram amostrados e datados. Rochas lunares foram amostradas e datadas. Constantes de decaimento foram medidas com mais precisão. Novas técnicas foram concebidas, testadas e aplicadas.

A chegada desses novos dados tem dois efeitos: (1) alguns novos dados podem ser usados para melhorar a precisão dos cálculos originais; e (2) novas medições independentes confirmam as originais. Puramente por coincidência, todos os ajustes (por exemplo, valores atuais de constantes de decaimento) para o cálculo de Patterson de 1956 se cancelaram mutuamente. A melhor estimativa atual da idade dos meteoritos (4,55 ± 0,02 bilhões de anos) é idêntica ao valor de Patterson, exceto pelo intervalo de erro menor. Esse valor foi confirmado dezenas de vezes.

A melhor estimativa atual da idade da Terra é a mesma que a dos meteoritos: 4,55 ± 0,02 bilhões de anos. No caso de se desejar ser extra cauteloso ao relatar um valor, usar o intervalo de erro muito generoso de 4,5 ± 0,1 bilhões de anos é quase certo de abranger futuras mudanças também.

Para mais detalhes sobre este tópico, recomendo fortemente o livro The Age of the Earth de G. Brent Dalrymple.

Referências

A maioria das referências e citações na Cronologia foi retirada do Catastrofismo de Richard Huggett. Esta obra oferece uma visão panorâmica das perspectivas em mudança tanto sobre as alterações no mundo inorgânico quanto no orgânico. O trabalho de Dalrymple, Idade da Terra, é uma fonte padrão para compreender como a idade da Terra é determinada.

Russell, H.N., 1921. Um limite superior para a idade da crosta terrestre em Proceedings of the Royal Society of Londres, série A, vol. 99, pp. 84-86.

Dalrymple, G. Brent, 1991. A Idade da Terra. Califórnia: Stanford University Press, ISBN 0-8047-1569-6.

Richard Huggett, Catastrofismo, 1997, Verso, ISBN 1-85984-129-5.

Hugh Miller, O Testemunho das Rochas, 1857, Gould e Lincoln: Boston

Patterson, C.C., 1953. "A composição isotópica de chumbo meteorítico, basáltico e oceânico, e a idade da Terra" em Proceedings of the Conference on Nuclear Processes in Geologic Settings, Williams Bay, Wisconsin, 21-23 de setembro de 1953. pp. 36-40.

Patterson, Clair C., 1997. Sopa de Patos e Chumbo em Engenharia e Ciência (Revista dos Alumni do Caltech) volume LX, número 1, pp. 21-31.

Russell, H.N., 1921. Um limite superior para a idade da crosta da Terra em Proceedings of the Royal Society of London, série A, vol. 99, pp. 84-86.

Agradecimentos

Quero especialmente agradecer a Mark Isaak, que forneceu uma série de referências que não estavam disponíveis para mim, a Chris Stassen, que forneceu a seção sobre a história da datação radiométrica, e a Andrew MacRae, que forneceu informações sobre Hugh Miller's The Testimony of the Rocks.