人类的历史不过只有几百万年,而地球的年龄已有多少岁了

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~ 现代地质学和地球物理学研究表明,地球的年龄大约在45.4亿年左右(4.54 × 10^9年 ± 1%)。这一年龄是通过对方位石采用放射性测年法得出的,与地球上最古老的石头和月岩的结果相吻合。此外,科学家还利用地球内的放射性元素及其蜕变生成的同位素来测定地球的年龄,得出的结果与放射性测年法相近。
在地球年龄的计量上,科学家必须找到一种速率恒定且量程极大的尺度。早期的一些尺度在地球历史上并不恒定。直到1896年放射性元素被发现后,科学家们才找到了一种以恒定速率变化的物理过程作为尺度来测定岩石和地球的年龄。
中国古人推测自开天辟地至于获麟(公元前481年),大约有三百二十六万七千年。而17世纪西方国家的一个神父则声称地球是上帝在公元前4004年创造的。英国物理学家哈雷是最早尝试用科学方法探究地球年龄的西方科学家之一,他提出研究大洋盐度的起源可能为解决地球年龄问题提供依据。德国科学家赫尔姆霍茨在1854年根据对太阳能量的估算,认为地球的年龄不超过2500万年。1862年,英国物理学家汤姆生表示,地球从早期炽热状态中冷却到如今的状态,需要2000万至4000万年。这些数字虽远小于地球的实际年龄,但作为早期尝试,对科学的发展仍具有一定的意义。
到了20世纪,科学家发明了同位素地质测定法,这是测定地球年龄的最佳方法,被誉为计算地球历史的标准时钟。根据这种方法,科学家找到的最古老的岩石有35亿岁。然而,最古老岩石并非地球诞生时留下的最早证据,不能代表地球的整个历史。因为婴儿时代的地球是一个炽热的熔融球体,最古老岩石是地球冷却下来形成坚硬的地壳后保存下来的。
20世纪60年代末,科学家测定取自月球表面的岩石标本,发现月球的年龄在44至46亿年之间。根据目前最流行的太阳系起源的星云说,太阳系的天体是在相近的时间内凝结而成的,因此可以认为地球是在46亿年前形成的。然而,这是基于间接证据的推测。实际上,至今人们还没有在地球自身上发现确凿的档案来证明地球有46亿年的历史。
科学家们曾尝试用地球上发生的一般物理化学过程来估算地球的年龄,如根据地球表面沉积岩的积累厚度、海水含盐度随时间的增加、地球内部的冷却率等等。但是这些过程的变化速率在地球历史上是不恒定的,因此不可能得到正确的年龄估计。直到1896年放射性元素被发现以后,人们才找到了一种以恒定速率变化的物理过程来测定岩石和地球的年龄。
放射性元素的衰变原理表明,如果已知放射性母体同位素的衰变常数及母、子体同位素的比值,那么只要测定岩石或矿物中某种放射性母体同位素及其衰变成的子体同位素的含量,就可以计算出该岩石体系的形成年龄。
20世纪以来,科学家建立了用U→Pb、U→Pb、Th→Pb、K→Ar、Rb→Sr和Sm→Nd等放射性衰变系列来测定地球年龄。然而,要进一步确定地球的年龄并非如此简单。因为地球表面的岩石并不是在地球形成时就存在的。由于地球内部的运动和化学变化,它们曾经历了多次分异、熔融和改造。因此,要计算地球的年龄还必须解决一系列的理论和实验技术问题。
现代铅同位素方法表明,铀的两个放射性同位素U和U衰变而成Pb和Pb。由于这两种衰变系列都是从铀衰变为铅,因此可以从放射性衰变公式导出如下的关系式来计算地球年龄。计算表明地球年龄T0为44.3~44.5亿年。
地球历史上的各个时期都形成了一些含方铅矿的层状矿床。这些方铅矿的铅是在不同时间ti从地壳和地幔中分异出来的。因此,它们可以代表地球各个时期的平均铅同位素组成(αi,βi)。如果将βi对αi作图,可以近似符合一条单阶段的生长曲线。
在地球历史的不同时期形成了大量火成岩。其中有不少岩体几乎没有受到晚期变质作用的影响。如果在这些火成岩的同一岩体中取不同的岩石样品进行铅同位素分析,就可以发现它们的铅同位素组成βj与αj之间往往存在着极好的线性关系。
对地球年龄最可靠的估计是借助于陨石的年龄测定。太阳系中的行星体大体上是在同一时间形成的。陨石是小行星破裂的碎块。由于小行星体积较小,它的内部放射能一般不足以引起再熔融,因此陨石中的放射性衰变系列的产物记录了小行星体凝聚的时间。如果将所有陨石的Pb/Pb对Pb/Pb作图,它们都落在一条直线上(Pb-Pb等时线)。地球的现代铅也同样落在这条线的附近。这进一步证明了所有陨石与地球是大体同一时间形成的假设。根据各类陨石及其不同矿物的Pb-Pb等时线计算表明,地球年龄为45.3~45.7亿年。应用Rb-Sr等时线方法对各类陨石的测定结果,年龄值也主要落在45.4~45.7亿年之间。有两个无球粒陨石已用Sm-Nd等时线法确定了年龄,为45.5~45.6亿年。
地球的卫星——月球是离地球最近的太阳系成员,它的内能也不足以引起强烈的熔融作用,因此月球表面仍保留了许多它形成时的原始物质。用Rb-Sr等时线法测得月球表面上最古老的岩石年龄为45.2~46.0亿年,粉尘的年龄也达46亿年。因此,太阳系行星体的形成时间最可能是在45.5~45.7亿年左右。


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