De Gids. Jaargang 82

[p. 88]

De ouderdom van de aarde.

Over den ouderdom van de aarde hebben verschillende groepen van natuur-onderzoekers mee te spreken: de palaeontologen, die de geschiedenis der aarde beoordeelen in verband met de evolutie van plant en dier, de geologen, die voor hun tijdsbepalingen van de vorming en verwording van de gesteenten gebruik maken, en eindelijk de natuurkundigen, die zich met alles bemoeien.

Er is een periode geweest, de eerste helft der vorige eeuw, waarin de eerstgenoemde groepen het rijk alleen hadden en geen inmenging van de physici behoefden te verduren of hun medezeggen over het hoofd konden zien. In dien tijd kon de leeftijd van de aarde voor onbeperkt lang gelden. Palaeontologen zijn in dit opzicht onverzadelijk: hoe langer de tijd, die ter beschikking staat voor de ontwikkeling van het hoogere leven uit het lagere, des te geruster voelen zij zich. De vaagheid van een onbeperkten tijd is velen menschen welkom als een mystieke sluier om de naaktheid van het niet begrepene eenigszins te matigen.

Maar ook de geologen waren toenmaals in de stemming van zich geen bepaalde grenzen voor de geschiedenis der aarde te willen denken. De vroegere opvatting, dat deze geschiedenis uit een reeks van groote omwentelingen, cataclysmen, bestaan had, in welken gedachtengang een betrekkelijk beperkte levensduur paste, was omgeslagen in een denkwijze, waarin de geologische processen als onmeetbaar langzaam werden aangenomen.

Het eenvoudigste ware het, zoo een begrenzing in het verleden van de aarde zonder meer kon worden betwijfeld:

[p. 89]

de uitdrukking ‘ouderdom,’ op de aarde toegepast, sluit reeds in zich de hypothese van een begin; natuurlijk niet een begin van de materie zelve, waaruit de aarde bestaat, of zelfs een begin van het bestaan van onze aarde als een bijeenbehoorende verzameling van stofdeelen - over den oorsprong der aarde in die beteekenissen loopt de vraag niet - maar van een tijdperk, waarin de aarde geschikt begon te worden als een verblijfplaats voor het levende, met andere woorden de onderstelling, dat vóór het aanbreken van dat tijdperk de aarde in een zoodanigen toestand was van aggregatie of van temperatuur, dat het leven er niet bestaanbaar was.

Waarschijnlijk zouden weinigen bepaald ontkend hebben, dat van een zoodanig begin sprake kon zijn. De algemeen aangenomen theorie van Kant-Laplace over het ontstaan van het zonnestelsel, welke een aantal eigenaardigheden daarvan onder één gezichtspunt bracht, sloot in zich een aarde, die bij haar ontstaan in gloeienden toestand geraakt was, en verklaarde zoo de nog aanwezige hooge temperatuur van het binnenste der aarde, die zich in de vulkanische werkingen uit vervlogen perioden en nog heden ten dage openbaart. Op die gloeiende aarde moest zich door afkoeling naar buiten eenmaal een vaste korst gevormd hebben en ziedaar het ‘begin’ van de aarde in den hier bedoelden zin. Maar wie kon zeggen, hoe lang dat tijdperk achter ons lag? Zeker millioenen van jaren, en wat kwam die duur er op aan, indien men hem kon verlengen, zoo ver men wenschte? ‘Eeuwige duur en onveranderlijkheid’ was het wachtwoord van de biologie en geologie uit die dagen.

Uit deze gemakkelijke houding werden de aardkundigen in 1862 opgeschrikt. Lord Kelvin, de baldadige, verhaalt van een gesprek met een der gezaghebbende geologen uit die dagen naar aanleiding van een voordracht over het ontstaan van het hedendaagsche Schotsche landschap. Hoeveel tijd was voor het denudatie-proces, dat zich daarin openbaarde, noodig geweest? De geoloog wilde daarvoor geen grens gissen. ‘Maar ge gelooft toch niet, dat de geologische geschiedenis van de aarde 1000 millioen jaar kan geduurd hebben?’ ‘Zeker doe ik dat.’ ‘Of 10000 millioen jaar?’ ‘Ook dat wel.’ ‘Maar de zon is een eindig lichaam. Wij kennen haar grootte; gelooft gij, dat die millioen maal millioen jaren kan

[p. 90]

hebben geschenen?’ Ook deze grens wilde Kelvin's tegenstander niet laten gelden.

Met zijn laatste vraag doelde Kelvin op een van de door hem aangewezen wegen, waarlangs de eindigheid van het geologische verleden der aarde kon worden betoogd. Aangenomen, dat de zon haar warmte aan haar samentrekking tot een dicht lichaam onder den invloed van de zwaartekracht ontleende, zooals door Helmholtz waarschijnlijk was gemaakt, kon men bewijzen, dat zij waarschijnlijk niet langer dan 500 millioen jaar met voldoende kracht had geschenen om leven op het oppervlak van de aarde te onderhouden.

Een geheel andere reeks van overwegingen, die tot het aannemen van een dergelijke bovenste grens voerde, was ontleend aan den vorm van de aarde. De afplatting, die de aarde thans vertoont, geeft een beeld van de snelheid, waarmede zij moet hebben gewenteld, toen zij uit den vloeibaren toestand den vasten toestand aannam. Nu is die snelheid van wenteling geen standvastige: door de werking van eb en vloed moet zij allengs kleiner worden; naar schatting geraakt de aarde, als klok beschouwd, in een eeuw 22 seconden achter. In het grijze verleden moet zij dus sneller gewenteld hebben en, indien de overgang van vloeibaar tot vast meer dan 1000 millioen jaar geleden had plaats gevonden, zouden wij dat aan den vorm der aarde moeten kunnen bemerken: de continenten zouden, meer dan dat het geval is, langs den aequator verhoogd zijn en de zee ware meer circumpolair dan zij in werkelijkheid is. Zeer waarschijnlijk was de vastwording van de aardkorst van meer recenten datum dan 1000 millioen jaar.

De juistheid van deze uitkomst wordt ontkend door hen, die aan de vaste aarde een hoogen graad van plasticiteit, vervormbaarheid onder den invloed van krachten, toeschrijven, en dus meenen, dat de gedaante van de aarde, ook nadat ze vast geworden is, een vermindering van de omwentelingssnelheid zal volgen, zoodat de tegenwoordige vorm geen maatstaf kan zijn voor de snelheid op het tijdstip der vastwording.

Maar een veel precieser schatting had Kelvin verkregen uit de afkoeling van de aarde. De temperatuur onder den grond neemt toe, hoe dieper men in de aarde doordringt, gemiddeld 1^o C. per 33 meter. De zonnewarmte brengt

[p. 91]

periodieke verhoogingen en verlagingen van de temperatuur teweeg, die zich evenwel slechts tot een diepte van een paar meter doen gevoelen en waarvan dus bij de berekening mag worden afgezien. Er moet dus een voortdurende strooming van warmte zijn uit het binnenste van de aarde naar haar oppervlakte, het bedrag waarvan met behulp van het geleidingsvermogen van de aardkorst dadelijk kan worden berekend. De aarde is dus inderdaad bezig langzaam af te koelen. Terug redeneerende kan men dan becijferen, hoe lang het geleden moet zijn, dat de temperatuur aan het oppervlak samenviel met de stollings-temperatuur van de rotssoorten, waar de aardkorst uit bestaat, met andere woorden, hoe lang geleden de aarde aan het oppervlak vast werd. Deze berekening, later nog met behulp van nieuwere gegevens verbeterd, leverde als waarschijnlijken ouderdom van de aarde 24 millioen jaar.

Luister, hoe iemand als Huxley zich van dezen drievoudigen aanval van Kelvin trachtte af te maken: ‘Ik geloof niet, dat er op het oogenblik een geoloog te vinden zou zijn, die zou willen ontkennen, dat de omwentelingssnelheid van de aarde aan het verminderen kan zijn, dat de zon bezig kan zijn om uit te dooven of de aarde zelf om af te koelen. Ik zou meenen, dat de meesten van ons zijn als Gallio, “die zich geen van deze dingen aantrok”, daar wij van meening zijn, dat, waar of denkbeeldig, ze geen verschil van beteekenis hebben gemaakt voor de aarde gedurende de periode, waarvan de geschiedenis in de afzettings-lagen van de aardkorst bewaard is.’

Dit hooge agnostische standpunt kon evenwel niet gehandhaafd worden: ook de geologen zelven zouden niet werkeloos blijven. Gebruik makende van waarnemingen eenerzijds omtrent de snelheid, waarmede sedimenten worden afgezet, anderzijds over de snelheid, waarmede de rotsen of eenmaal gevormde lagen door uitwendige invloeden worden verwijderd, hebben zij getracht schattingen voor den ouderdom van de aarde te verkrijgen.

De snelheid van het eerste proces, de sedimentatie, kan bij voorbeeld worden opgemaakt uit den groei van onze delta's en hieraan heeft men een houvast om den tijd te schatten, die voor de vorming der sedimentaire lagen van de aardkorst noodig geweest moet zijn. Iets dergelijks geldt voor bereke-

[p. 92]

ningen, die berusten op de snelheid der denudatie-processen; een bekend voorbeeld van een dergelijke berekening levert de Niagara-waterval, waarvan men den ouderdom langs dien weg heeft weten te benaderen, een berekening, die ook tot een schatting kan voeren van den duur der jongste geologische periode, het kwartaire tijdperk. Een kort overzicht van dergelijke berekeningen vindt men in het boek van Dr. Escher: De gedaanteveranderingen onzer aarde. Als meest waarschijnlijke uitkomst wordt daar opgegeven voor den leeftijd van de aarde sedert het begin van het Algonkium, op één na het oudste tijdperk, 45 millioen jaren. Volgens den geoloog-natuurkundige Joly, op wiens physische onderzoekingen wij verderop in het bijzonder de aandacht willen vestigen, moet de ouderdom der aarde volgens geologische gegevens op 100 tot 150 millioen jaren gesteld worden.

Een geheel andere rekenwijze berust op de zeer voor de hand liggende onderstelling, dat het zout in de zeeën zich daarin allengs door toevoer van de rivieren heeft verzameld. Men kent de hoeveelheden, die heden ten dage langs dien weg de oceanen binnenkomen, en een eenvoudige becijfering zou dus den tijdsduur doen kennen, die noodig geweest is om het geheele zoutgehalte van de oceanen te leveren. De zeeën moeten spoedig, relatief gesproken, na het vastworden van de aardkorst ontstaan zijn en het begin van de geologische periode kan niet veel verschillen van het ontstaan der zeeën.

Het zooeven genoemde boek geeft als uitkomst van deze becijfering 354 millioen jaren. Natuurlijk moet dit als een bovenste grens worden beschouwd: immers een deel van de nu aanwezige zouten zal door de zeeën uit de lagen, waarop zij zich vormden, zijn opgelost en behoefde dus niet te worden toegevoerd. Joly kwam dan ook tot een lagere schatting van ongeveer 100 millioen jaar, die met de vorige uitstekend overeenstemt. Maar andere autoriteiten ontkennen de geldigheid van deze redeneering geheel en al. Zoo heeft men in den regen, vooral in de buurt van de zeeën aanmerkelijke hoeveelheden zout aangetroffen, die natuurlijk uit de zee afkomstig zijn en daaruit door den wind zijn opgewaaid. Een groot gedeelte van het zout, dat in de rivieren wordt aangetroffen, zou dan door den regen toegevoerd kunnen zijn en dus middellijk uit de zee zelve: het zout zou grooten-

[p. 93]

deels een kringloop doorloopen. Daardoor wordt blijkbaar de redeneering volkomen ondermijnd. Het zout is niet van het land afkomstig, maar werd reeds bij of kort na de geboorte der oceanen daarin aangetroffen.

Evenwel, ook indien men de schatting uit het zoutgehalte der zeeën, die overigens met de vorige niet in tegenspraak is, in het geheel niet wil laten gelden, mag als slotsom van het onderzoek tot omstreeks 1900 worden vastgesteld, dat de schatting uit de eigen warmte der aarde (24 millioen jaren) wel belangrijk kleiner was dan wat de geologen meenen te moeten vragen (100 tot 150 millioen jaar), maar dat er toch geen sprake meer was van de enorme tegenspraak, welke 40 jaar vroeger tusschen de eischen der geologische wetenschap en de schattingen der physici had bestaan. Men was tot een voorloopigen wapenstilstand gekomen, in het vertrouwen, dat toekomstige meer nauwkeurige metingen van de ten grondslag liggende grootheden de wederzijdsche schattingen nog nader tot elkaar zouden brengen.

Maar: daar kwamen omstreeks 1900 de opzienbarende ontdekkingen van de radio-activiteit. Eenige metalen, daaronder als voornaamste het uranium en het thorium, zenden geheel spontaan een eigenaardige straling uit, die door geen ons bekende middelen kan worden versterkt of verzwakt. Die straling is samengesteld uit eenige geheel verschillende soorten: zoo komt er een straling in voor, die met de straling van Röntgen-buizen in aard overeenstemt. De stralen, waar het voor ons onderwerp op aankomt, zijn de zoogenaamde α-stralen; deze bestaan uit een stroom van materieele deeltjes. Een atoom van een radio-actieve stof, bij voorbeeld uranium, kan op een bepaald oogenblik plotseling een klein stoffelijke deeltje - een α-deeltje - met ontzaglijk groote snelheid uitschieten. Door dit verlies aan materie wordt het atoom iets kleiner en lichter. Het blijft dan ook niet een uraniumatoom, maar verkrijgt volstrekt andere scheikundige eigenschappen: het uranium verandert dus in een ander element.

De α-deeltjes zijn gebleken niet anders te zijn dan atomen van het gas helium, van een positieve electrische lading voorzien; deze atomen zijn dus de bouwsteenen, waaruit de atomen der radio-actieve elementen althans ten deele samengesteld zijn.

[p. 94]

Gewoonlijk is het nieuw gevormde atoom weder onbestendig en dus de stof radio-actief, dat wil zeggen: het atoom is aan een verdere omzetting onderhevig, die al of niet met het uitzenden van een α-deeltje gepaard gaat; in het laatste geval blijft het atoom bij de omzetting hetzelfde atoomgewicht behouden, in het eerste neemt het weder met hetzelfde bedrag, het atoomgewicht van helium, af. Zoo ontstaan geheele reeksen van omzettingsproducten, die ten slotte een einde nemen, doordat een atoom ontstaat, dat een volkomen stabiele structuur bezit, of althans zoo zelden ontploft, dat de radio-activiteit van de stof aan de waarnemingsmethoden ontsnapt. Waarschijnlijk zijn het verschillende variëteiten van lood, die in den genoemden zin de eindproducten van de uranium- en thorium-reeksen vormen.

Al de op die wijze zich vormende en weer verdwijnende leden der radio-actieve reeksen zijn stoffen, die tot nog toe niet als scheikundige elementen bekend waren; en dit is ook niet te verwonderen: zij kunnen zich namelijk niet in groote hoeveelheden ophoopen, omdat zij gedoemd zijn een korter of langer tijd na hun ontstaan ook weer te verdwijnen. De kans voor de omzetting in den volgenden term van de reeks is gebleken bij de verschillende producten zeer te verschillen; somtijds is de gevormde stof uiterst instabiel, een belangrijk breukdeel van de atomen ondergaan hun lot in een korten tijd, de kans van omzetting is dus bij deze stoffen zeer groot en de hoeveelheid, die zich kan verzamelen dienovereenkomstig slechts zeer klein. In andere gevallen is de kans op desintegratie voor ieder atoom van de stof veel geringer: zoo bij voorbeeld bij de begintermen der reeksen, uranium en thorium, zelve, die onmerkbaar langzaam in hoeveelheid verminderen.

Een tusschenpositie tusschen zeer instabiel en zeer weinig instabiel wordt ingenomen door een der belangrijkste leden uit de uranium-familie, het radium: zijn omzettingssnelheid is groot genoeg om het een sterke radio-activiteit toe te kennen, maar vergeleken met andere termen der reeks toch ook weer betrekkelijk klein, vandaar dat het zich in uranium-houdende mineralen in een merkbare hoeveelheid heeft verzameld en daaruit langs scheikundigen weg door Curie en Mevrouw Curie in zuiveren toestand kon worden afgescheiden.

Men is gewoon de snelheid eener radio-actieve transfor-

[p. 95]

matie uit te drukken door op te geven den tijd, waarin de stof voor de helft verdwenen is. Voor radium bedraagt die tijd 1800 jaar, terwijl bij voorbeeld het uranium zelf, dat zeer zwak radio-actief is, eerst in 1000 millioen jaar op de helft verminderd zou zijn en anderzijds termen in de reeks voorkomen, voor welke die tijd door enkele seconden of minder gemeten wordt. Opmerking verdient ook, dat de snelheid, waarmede het α-deeltje wordt uitgestooten, niet bij alle radioactieve stoffen even groot is en wel des te grooter, naarmate de stof minder stabiel is en derhalve de transformatie-tijd kleiner. Als voorbeeld deelen wij mede, dat de snelheid van het α-deeltje, dat door uranium zelf wordt uitgeschoten, 14 duizend kilometer per seconde bedraagt, voor radium 16 maal dezelfde eenheid, terwijl voor enkele andere latere termen der reeks de bedragen zijn: voor radium A 18, voor radium C 21 en voor radium F, ook wel polonium genoemd, 17; dus alle ontzettend groote snelheden, al staan zij dan ook nog belangrijk achter bij de grootste snelheid, waarmede wij bekend zijn, die van het licht, van 300 duizend kilometer in de seconde.

Het is te verwachten, dat door de botsingen van de α-deeltjes merkbare hoeveelheden warmte zullen worden ontwikkeld- en inderdaad werd al spoedig ontdekt, dat een radiumpraeparaat zich zelf en de massa, waarin het besloten is, op een hoogere temperatuur houdt dan de omgeving. Voor een gram radium bedraagt de ontwikkelde warmte 25 calorieën in een uur, dus voldoende om 25 gram water een graad in temperatuur te verwarmen. Bevat het radium nog de afbraakproducten, welke er zich in betrekkelijk korten tijd in ontwikkelen en die voor een deel ook α-deeltjes uitzenden, zoo is de geheele ontwikkeling 135 calorieën per uur.

Hier kunnen wij tot ons onderwerp, den ouderdom der aarde, terugkeeren. Zou die warmte-bron wellicht in aanmerking komen bij de berekening van den ouderdom der aarde uit het verlies naar buiten? Dit verlies wordt namelijk door de warmte, die de radio-actieve stoffen in de aarde, in het bijzonder radium en zijn afstammelingen, ontwikkelen, gedeeltelijk aangevuld en de afkoeling geschiedt dus langzamer dan bij de berekening door Kelvin werd ondersteld: de leeftijd der aarde moet door hem onderschat zijn.

[p. 96]

De uitkomst der nieuwe berekening was verrassend, zoo niet verbijsterend. Het was gebleken, dat radium een algemeen voorkomende zelfstandigheid was, dus niet uitsluitend een bestanddeel van de uranium-mineralen (waar wij ons een tijd lang mede hadden gevleid, dat in ons land een sterk radium-houdend plekje modder voorkwam, is helaas gebleken een illusie te zijn geweest!). Wel is het percent-gehalte in de rotssoorten, waaruit de aardkorst voornamelijk bestaat, zeer gering (per kilogram gemiddeld een millioenste milligram), maar de warmte, die radium ontwikkelt, is zóó aanmerkelijk, dat zij bij de becijfering bleek van grooten invloed te zijn. Aannemende, dat de aarde in haar geheel gemiddeld evenveel radium bevat als in de aardkorst gevonden was, kwam Strutt tot de slotsom, dat de radium-warmte - wel verre van te mogen worden verwaarloosd - zelfs grooter was dan wat de aarde door straling naar buiten aan warmte verliest. De aarde zou in het geheel niet, zooals algemeen aangenomen wordt, een lichaam zijn, dat langzamerhand kouder wordt, integendeel het zou op den duur in temperatuur moeten stijgen!

Nu is deze laatste uitkomst verre van zeker: misschien, wij mogen gerust zeggen waarschijnlijk, is het radium-gehalte van de ijzeren kern der aarde veel geringer dan van de rotsschil daar om heen. Evenals de andere stoffen zal het radium in die korst vergeleken met het binnenste der aarde verre overwegen. Men zal er ook niet zoo licht toe komen, om het denkbeeld van een gloeiende aarde in het verre verleden, waarmede zoo vele andere verschijnselen strooken, prijs te geven. Maar hoe dat zij: door de ontdekking van de warmte-ontwikkeling, die met de radio-activiteit gepaard gaat, is de vaste basis voor de ouderdomsbepaling, die tot 24 millioen jaren voerde, volkomen weggenomen. De aarde moet ouder zijn dan uit die becijfering volgde; hoeveel ouder, dat laat zich door de onzekerheid omtrent de verspreiding van radium in de aarde in het geheel niet zeggen. Ieder ander getal grooter dan 24 moet als mogelijk worden toegelaten.

Ook het door Kelvin aan de zonnewarmte ontleende argument vervalt ten eenenmale: de zon zal zonder twijfel radio-actieve stoffen bevatten en haar leeftijd kan dus ook veel hooger zijn dan wat de berekening daarvoor opleverde.

Als men den stand van zaken optimistisch beschouwen

[p. 97]

wil, dan kan men zeggen, dat nu ook de tegenspraak tusschen de 24 millioen en de 150 millioen der geologen is opgeheven, zoodat die laatste schatting een des te grooter waarschijnlijkheid erlangt. Maar er is meer: terwijl de vroegere schattingen der physici illusoir gemaakt werden, kwamen er tegelijk andere voor in de plaats. Uit de samenstelling der radio-actieve mineralen zelf vloeien schattingen omtrent hun ouderdom en dus van den leeftijd der aarde voort.

Keeren wij nog eens terug tot de beschouwing van de transformaties, die zich in een radio-actief mineraal afspelen, en vatten wij eerst het radium, hetwelk zich daarin vormt, in het oog. Het zal duidelijk zijn, dat de hoeveelheid radium in een uraan-mineraal niet onbeperkt kan toenemen, want terwijl er voortdurend nieuwe radium-atomen bijkomen, gaan er door ontleding ook geregeld atomen af en wel meer en meer, naarmate de hoeveelheid radium aangroeit. Er komt dus na verloop van jaren een toestand van evenwicht, waarbij het verlies juist de winst dekt, en zoo kan men verwachten, dat in uranium-mineralen een standvastige verhouding tusschen het radium en de moederstof het uranium zelf zal gevonden worden. De waarneming heeft dit inderdaad bevestigd: op 1000 kilogram uranium wordt gemiddeld 0.34 gram radium aangetroffen.

Iets dergelijks geldt blijkbaar voor de overige termen der reeks, behoudens alleen voor den laatsten term, het bestendige lood. Hiervan neemt de hoeveelheid in den loop der tijden voortdurend toe, want tegenover de vorming staat in dat geval geen verlies door ontleding. Terwijl dus het gehalte aan radium omtrent den ouderdom van het mineraal ons niets kan leeren, is dit met het lood wel het geval. Indien het lood inderdaad door het radio-actief proces ontstaan is, zoo moet de hoeveelheid er van ons een maat opleveren voor den leeftijd van het mineraal.

Behalve het lood-gehalte kan ook de hoeveelheid heliumgas in het mineraal als maatstaf voor diens leeftijd dienen. Elk helium-atoom, dat de radio-actieve stof in den vorm van een α-deeltje uitschiet en in het mineraal besloten blijft, zal er later in teruggevonden worden: de opbrengst aan α-deeltjes van de geheele uranium-reeks in een bepaalden tijd kennende, zal men dus weder den leeftijd kunnen uitrekenen.

Daar een gedeelte van het helium ontsnapt kan zijn

[p. 98]

en dus niet medegerekend wordt, zal de laatste rekenwijze slechts een onderste grens voor den ouderdom van het mineraal opleveren, vooral indien het blijkt, dat mineralen, die men voor even oud mag aanzien, een verschillend percentgehalte aan helium bevatten. Aan den anderen kant geeft de berekening uit het lood een hoogste waarde, omdat het mineraal allicht bij den aanvang reeds lood bevatte, zoodat slechts een gedeelte van het aanwezige lood op rekening van de radio-activiteit mag geschreven worden. Ook dit wordt waarschijnlijk, indien het gehalte aan lood aan sterke wisselingen onderhevig blijkt te zijn, en men moet dan de kleinste uitkomst als het meest waarschijnlijke maximum beschouwen. Uit de helium-berekening volgde een ouderdom van 200 tot 300 millioen jaar en uit de lood-berekening van 340 tot 1640 millioen jaar. Een dergelijke berekening met een thoriummineraal uit het prae-cambische tijdvak leverde Strutt 140 millioen jaar. Men is geneigd uit deze getallen te concludeeren, dat de ouderdom van de aarde van de orde van 150 tot 350 millioen jaren moet zijn, een bedrag, dat met de uitkomst der geologen 150 tot 200 millioen jaar niet in sterkere tegenspraak is dan bij de vele onzekerheden begrijpelijk is. Het is eigenlijk al merkwaardig genoeg, dat langs zoo volkomen verschillende wegen gelijksoortige getallen gevonden worden.

Nu is echter met een en ander datgene, wat de radioactiviteit ons van de geschiedenis van gesteenten heeft ontsluierd, nog niet uitgeput. In een aantal mineralen - in het bijzonder bepaalde mica-soorten - worden bij microscopisch onderzoek eigenaardige cirkelvormige min of meer gekleurde vlekken waargenomen, die den naam hadden verkregen van pleochroitische halo's. De reeds genoemde onderzoeker Joly kwam op het denkbeeld, dat in die tot nog toe onbegrepen vlekken een uiting van radio-actieve werking te zien was, en het gelukte hem door minutieuse toepassing van de bekende radio-actieve verschijnselen hun wijze van ontstaan en hun uiterlijk tot in kleine bijzonderheden te verklaren.

De gekleurde ringen zijn doorsneden van bolvormige verkleuringen, wat daaruit blijkt, dat in een bepaald mineraal de cirkels volkomen hetzelfde uiterlijk hebben, in welke richting de doorsnede van het mineraal ook genomen worde. In het middelpunt van den bol is gemeenlijk een kleiner of

[p. 99]

grooter korreltje op te merken van een in het hoofdgesteente ingesloten mineraal, gewoonlijk van zirkoon, een stof, die gebleken is veelal radio-actief te zijn, doordat het uranium bevat. In andere gevallen moest de aanwezigheid van thorium worden ondersteld. De kleuring is het gevolg van de straling, die van dit radio-actieve centrum in alle richtingen gelijkmatig uitgaat. Een dergelijke kleuring toch werd in proeven van Rutherford door glas aangenomen onder den invloed van een zeer intensieve α-straling en het is dan ook aan de werking van de α-deeltjes, dat het verschijnsel toe te schrijven is. Trouwens, door directe proefneming werd de kleuring van de onderzochte mica's door α-stralen bevestigd gevonden.

Om toe te lichten, hoe door die werking een dergelijke scherp begrensde kleuring te voorschijn geroepen kan worden, moet hier een nog niet besproken eigenaardigheid van het α-deeltje worden genoemd. Wij hebben gezien, dat deze α-deeltjes door de atomen van een radio-actieve stof met een bepaalde snelheid worden uitgeschoten. Met die snelheid kunnen zij een zekere diepte in de omgevende stof doordringen: zij hebben een bepaalde ‘dracht’¹⁾, die o.a. afhankelijk is van de dichtheid der middenstof. In lucht van gewone drukking is de dracht eenige centimeters, natuurlijk des te grooter, naarmate de aanvangssnelheid aanzienlijker is. Ziehier eenige gegevens voor leden van de uraniumreeks: uranium I 2.50, uranium II 2.90, radium 3.30, radium-emanatie = niton 4.16, radium A 4.75, radium C 6.93, radium F 3.77, alles in centimeters uitgedrukt.

In het begin van de vlucht vermindert de snelheid van het deeltje weinig, maar wanneer het einde nadert, komt het zeer snel tot rust. De werking, die het deeltje op het omringende gas uitoefent en die daarin bestaat, dat dit electrisch geleidend wordt gemaakt, doordat de moleculen in positief en negatief geladen ‘ionen’ wordt gesplitst, hangt nauw met deze vermindering van snelheid samen; zij is dus eveneens aanvankelijk betrekkelijk zwak en bereikt hare grootste waarde tegen het einde van de baan.

In een stof van grootere dichtheid, zooals glas, is de dracht

1) In het Engelsch ‘range’; wij verkiezen het woord ‘dracht’ boven ‘draagwijdte’, dat niet nederlandsch klinkt en te sterk de figuurlijke beteekenis voor den geest brengt.

[p. 100]

veel geringer, maar ook hier geldt de regel, dat de beweging vooral tegen het einde van de baan haast plotseling ophoudt. Zonder twijfel hangt de kleuring, die het deeltje in dergelijke stoffen teweegbrengt, weder met dit verlies aan bewegingsenergie ten nauwste samen. Waarschijnlijk is het een scheikundige, men kan het noemen een photographische werking, die misschien aan de aanwezigheid van sporen van ijzer gebonden is; zoo althans schijnt het bij de onderzochte mica's het geval te zijn.

Het ontstaan van de gekleurde ruimten in de mineralen vindt nu in die werking een ongedwongen verklaring. De afstand van de scherpe begrenzing tot het middelpunt stemt overeen met de berekende dracht der deeltjes in een medium van de dichtheid der mineralen. De volledige uranium-halo is 0.0333 milimeter in straal, de thorium-halo 0.0408 millimeter, precies zooals de theorie doet verwachten.

Bevindt zich in het middelpunt een spoor van uranium, dan zijn ook alle afstammelingen van uranium aanwezig en dan worden α-deeltjes van verschillende aanvangssnelheid en dus ook dracht uitgezonden. Daarmede wordt onmiddellijk begrijpelijk, waarom de halo gemeenlijk een uit ringen bestaande structuur bezit. De uiterste schaduw is te wijten aan het snelste α-deeltje, dus dat van Rad. C, en de overige maxima, die meer binnenwaarts liggen, zijn aan de werking der minder snelle deeltjes toe te schrijven.

Indien het kristalletje in het centrum betrekkelijk sterk radio-actief is, vindt men een volledig ontwikkelde halo; soms echter is het zoo klein en bevat dus zoo weinig radio-actieve substantie, dat alleen een of meer van de nauwere ringen zich hebben kunnen ontwikkelen, want de uitspreiding over het boloppervlak verzwakt de werking en wel het meest voor de deeltjes, die het verst vliegen en zich dus over den grootsten bol verspreiden. Andere bijzonderheden konden worden verklaard door aan te nemen, dat de halo's ‘over-belicht’ waren. In alle gevallen stemt de gemeten grootte der schaduwen met de theoretische ten nauwste overeen.

Een verdere bevestiging van de interpretatie dezer halo's ligt in het feit, dat in andere mineralen ook thorium-halo's gevonden zijn, die dus de afmetingen en lichtverdeeling bezitten, welke theoretisch te verklaren is uit de onderstelling van een spoor thorium in het centrum van de halo.

[p. 101]

Ook dat men alleen uranium- en thorium-halo's gevonden heeft, is van beteekenis. Niet alleen, dat deze stoffen 100 millioen jaren geleden reeds dezelfde eigenschappen bezaten als heden ten dage, er zijn ook in de mineralen geen aanwijzingen, dat er destijds nog andere stoffen waren, die radioactieve werkingen hadden. Men had zich wel eens de speculatie veroorloofd, dat vroeger radio-activiteit een meer algemeene eigenschap der stoffen geweest zou zijn, en dat de nu bekende elementen (evenals lood) de stabiele eindproducten zouden zijn van uitgestorven voorouders uit verdwenen radioactieve reeksen; de mineralen nu geven aan die speculatie in ieder geval geen steun.

Merkwaardig genoeg is het ook nog mogelijk gebleken uit de intensiteit der kleuring bij de halo's schattingen omtrent den ouderdom der mineralen te maken. Immers men kan de grootte der centrale kristalletjes microscopisch bepalen: uit het gehalte aan radio-actieve stof van die kristallen vindt men dan de hoeveelheid uranium of thorium, die aanwezig is. Door vergelijking van de dichtheid der kleuringen met die, welke in de proeven door bekende hoeveelheden worden verkregen, kan de tijd worden afgeleid, dien de halo voor zijn vorming moet hebben noodig gehad. Daartoe moet worden aangenomen, dat wat in de proeven in korten tijd door een relatief sterke α-straling wordt teweeg gebracht, door de veel zwakkere straling in de halo in een naar verhouding langeren tijd is tot stand gekomen.

Men zal niet geneigd zijn aan de langs dien weg verkregen schattingen een zeer groote nauwkeurigheid toe te kennen, maar het is zeker merkwaardig, dat de uitkomsten weer van dezelfde orde van grootte zijn als de vroeger verkregene. Joly en Rutherford vonden bij een groot aantal uitmetingen van halo's getallen tusschen 20 en 500 millioen jaar; aan de grootere getallen zou een grootere waarschijnlijkheid toekomen.

Terwijl dus vroeger de physica den ouderdom der aarde tot 24 millioen jaren wilde beperken en de geologie met niet minder dan vele honderden tevreden was, zijn thans de rollen omgedraaid. De geologie komt tot gemiddeld 150 en de physische methoden, nu alle op de radio-actieve verschijnselen steunende, voeren, zooals wij zagen, vrij wel

[p. 102]

eenstemmig tot eenigszins hoogere waarden. Misschien kan deze tegenspraak door een gissing van Joly uit den weg geruimd worden: de binnenste ring in de uranium-halo, die van uranium zelf (I en II) afkomstig is, wordt door Joly een zeer weinig grooter gevonden, dan de theorie leert: de dracht van het α-deeltje, hetwelk voor dien ring verantwoordelijk is, zou iets grooter moeten zijn om volledige overeenstemming te verkrijgen. Zou het mogelijk zijn, vraagt Joly, dat die dracht om de een of andere reden millioenen jaren geleden inderdaad iets grooter was? Zoo ja, dan geschiedde de afbraak van het atoom in die vervlogen aeonen sneller dan nu het geval is, want immers de snelheid van het α-deeltje is des te grooter, naarmate de afbraak sneller geschiedt. De berekeningen van den ouderdom der aarde uit het lood-gehalte of uit de kleuring der halo's in uraniummineralen, waarbij de tegenwoordige dracht als uitgangspunt genomen wordt, zouden daardoor een iets te groote waarde moeten geven en daarmede ware alles in het reine.

Hoe is het den lezer te moede bij al dit werpen met millioenen? Doen hem die getallen onbehagelijk aan en meent hij misschien, dat de berekeningen zijn aandacht niet verdienen, omdat ze tot geheel onvoorstelbare uitkomsten leiden? Allicht kan dan de herinnering, dat het aantal menschen op aarde 1500 millioen bedraagt, en dat hij zelf, toen hij 5 jaar oud was, reeds 150 millioen seconden doorleefd had, hem sympathieker stemmen. Eenmaal zoover gekomen moge hij ook leeren inzien, dat de onzekerheid in de getalwaarde voor den ouderdom der aarde, die overblijft, vergelijkenderwijze waarlijk niet groot is, waar bij voorbeeld de egyptologen ten opzichte van de dateering der oudste dynastieën van 5 of 6 duizend jaar geleden althans kort geleden nog 1000 jaar of meer verschilden. Dan zal hij ook, indien hij het geduld gehad heeft de bovenstaande redeneeringen ten einde toe te volgen, zijn hulde niet onthouden aan de methoden der wetenschap, die uit de schijnbaar nietigste gegevens dergelijke elkaar steunende schattingen over den ouderdom onzer aarde veroorloven te maken.

J.P. Kuenen.