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地球年齡46億歲,這是怎樣得來的?

 飛虎catzbc 2019-07-10
原創(chuàng) 賽先生科普 2019-06-06 16:35:36

時間,一個讓人期待卻又恐懼的東西,期待的是未來,恐懼的也是未來,因為時間從不會停下腳步,更不會倒流。對于歷史學(xué)家而言,能夠研究的人類歷史頂多數(shù)千年而已,但對于地質(zhì)學(xué)家來說,地球的歷史可就漫長的多了。

地球年齡46億歲,這是怎樣得來的?

我們現(xiàn)在知道地球的年齡大約在46億歲左右,但這個數(shù)據(jù)的由來并非一帆風(fēng)順,至少沒有像估算地球周長那般“容易”。

在我國三國時期出了一本名為《三五歷紀(jì)》的書,書中記載了盤古開天地的神話傳說,寫道:“天地渾沌如雞子,盤古生在其中,萬八千歲,天地開辟。。。。。。如此萬八千歲。。。。。。后乃有三皇。。。。。。。

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如此一來,地球形成至今大約過了四萬多年,但神話傳說畢竟是后人杜撰,不具備真實性。那么歷史上還有哪些人曾經(jīng)研究過地球的年齡嗎?

確實有,但最先開始研究的并非科學(xué)家,而是一位基督教的大主教——愛爾蘭主教詹姆斯.烏舍爾,于17世紀(jì)中葉,他通過對《圣經(jīng)》的仔細(xì)研究,得到了一個無比精確的結(jié)果,地球的誕生時刻為公元前4004年10月22號(儒略歷710年),甚至他的這一結(jié)果后來還被印到了欽定版圣經(jīng)當(dāng)中。

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這樣來說,那么地球形成至今的時間不過才六千多年,這個數(shù)值對于當(dāng)時信奉宗教的普通民眾來說,其實并沒有什么感覺,你要說是六萬年,也不會有人質(zhì)疑你。但好在當(dāng)時已經(jīng)不再是中世紀(jì)的歐洲,畢竟牛頓爵士的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》就在17世紀(jì)后半葉出版了,后來歐洲的一批有識之士認(rèn)識到,只用短短的五千多年,地球是無法形成如此龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)的。

18世紀(jì)初,著名天文學(xué)家埃德蒙·哈雷提出:我們可以通過測量海水中的鹽分來得到地球年齡。道理很簡單,因為海里的鹽都是來自巖石,如果知道了每年海洋里增加的鹽分(也就是每年鹽分增加的速率),那么同現(xiàn)有的鹽分含量作比較,不就能知道最初地球的誕生年齡了嗎?

地球年齡46億歲,這是怎樣得來的?

埃德蒙·哈雷

當(dāng)然了,哈雷提出了這個想法,但他并沒有得出具體結(jié)果,直到一個多世紀(jì)后的物理學(xué)家約翰.喬利在這個思路上得到了結(jié)果:9000萬年。當(dāng)然了,這個結(jié)果在今天看來是相當(dāng)不靠譜的,除去地質(zhì)運動因素不談,它這個結(jié)果也只能說明海洋的年齡(雖然也是錯的),因為海洋的出現(xiàn)要晚于地球誕生很久。

說來說去,怎么就沒有一個略微靠譜的分析出現(xiàn)呢?于是時間來到了19世紀(jì)中葉,由于當(dāng)時第一次工業(yè)革命已經(jīng)開展了近一個世紀(jì),人們在開采煤礦的同時發(fā)現(xiàn)了這樣一個規(guī)律,似乎隨著地下深度的不斷增加,溫度也會逐漸升高。

地球年齡46億歲,這是怎樣得來的?

而熱力學(xué)之父威廉·湯姆森(又稱開爾文男爵)意識到,如果地球在形成之初是一顆熾熱的火球,在隨后的歲月里,它一步步的降溫,直到現(xiàn)在這個狀態(tài),如果我知道了它最初的溫度,以及巖石的導(dǎo)熱效率,那不就能通過公式將地球年齡計算出了嗎?

地球年齡46億歲,這是怎樣得來的?

威廉·湯姆森

威廉·湯姆森這個思路說明白點,就比如一顆在爐子里考好的紅薯,當(dāng)你把它拿出來,它的溫度會逐步下降,但顯然是表面溫度下降的最快,這不就印證了當(dāng)時人們發(fā)現(xiàn)地底溫度隨深度一同上升的現(xiàn)象了嗎?

但遺憾的是,由于當(dāng)時科學(xué)水平的限制,威廉·湯姆森只能對一些初始數(shù)據(jù)進行猜測,最后得到的結(jié)論是:地球的年齡在兩千萬年到4億年不等。

這個結(jié)果在當(dāng)時遭到了不少地質(zhì)學(xué)家的反對,因為他們不相信短短數(shù)千萬年乃至幾億年,就能造就出如此復(fù)雜的地貌。而且當(dāng)時達(dá)爾文的《物種起源》也已經(jīng)出版,從物種進化的角度來看,這點時間也顯得過于短暫。

地球年齡46億歲,這是怎樣得來的?

不過到了19世紀(jì)末,物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了放射性現(xiàn)象,也就意味著當(dāng)初威廉·湯姆森假定地球像一塊高溫紅薯冷卻的過程是有缺陷的,因為地球這塊紅薯,其內(nèi)部并不是完全沒有熱源的,放射性元素在其內(nèi)部釋放的能量不可忽視,實際上這個過程在整個地球生命周期內(nèi)都有存在,即便到了今天也仍在繼續(xù),這也是地核為何一直能保持高溫的一個因素。

地球年齡46億歲,這是怎樣得來的?

如果考慮這些是不是就能大致算出地球年齡了呢?理論上是可以的,但相關(guān)數(shù)據(jù)的測量卻是非常困難的,因此科學(xué)家們想到了一個很巧妙的辦法,既然存在放射性元素,那我們?yōu)楹尾粡陌胨テ谌胧帜??比如說某個元素在地球形成時就存在,然后經(jīng)過了許多年至今,有一部分已經(jīng)衰變成了其它元素,如此一來我們不就能通過測量元素含量來得到地球年齡了嗎?

這個方法就被稱為鈾鉛測年法,一般來講,它是依靠鈾的兩個同位素鈾238和235,它們的最后衰變?yōu)殂U206和207,半衰期分別為45億年和7億年左右。不過想要真正得出結(jié)果,還需要地球初始時期鉛元素含量數(shù)據(jù)。

為此科學(xué)家們將目光放到了原先在太陽系內(nèi)部飄蕩的隕石,根據(jù)太陽系形成理論,現(xiàn)在太陽系內(nèi)部的物質(zhì)原先都存在于一塊被稱為太陽星云的組織當(dāng)中,并且太陽系內(nèi)部各種天體的形成時間也幾乎是一致的,因此如果能找到一塊鐵隕石(這種隕石的鈾元素含量很少),測出它的鉛元素含量,那就代表著得到了地球初始時期的鉛元素含量。

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克萊爾·卡梅倫·帕特森

而最先測出地球年齡的美國科學(xué)家就是克萊爾·卡梅倫·帕特森,他在這個項目上耗費了將近10年時光,最后在1956年宣布得到了地球年齡,結(jié)果為:45.5±0.7億年!

并且值得可敬的是,這位科學(xué)家在研究地球年齡的同時,也發(fā)現(xiàn)了鉛污染問題,為此他同相關(guān)利益集團斗爭了數(shù)十年,最終在20世紀(jì)末,致使美國終于宣布禁止銷售含鉛汽油。

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