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【地质学科普系列一】地球的年龄 精选

已有 7472 次阅读 2011-5-5 22:56 |个人分类:地学科普|系统分类:科普集锦| 放射性同位素, 地质学, 地球年龄

【作者按】当我们进入地质博物馆的时候,常常会听到讲解员给我们讲地球的年龄是46亿年,在其他的科普文章中我们也能看到类似的结果,但是这个年龄的得来却是不易,经历了许多的曲折。
    询问地球母亲的年龄或许有伤大雅,但是对于科学来说,这些礼教已经都是浮云了。人类对地球年龄的探索自古代文明便已开始,并且近两百多年来一直争论不休。古代文明关于地球年龄的见解多是教士或者哲人的猜想,并且一直与宗教有着密不可分的关系。
 
一  懵懂的年代
    在十八世纪中叶之前,关于地球年龄的问题不过是神学的研究范围,那时的地质学并没有独立出来成为一门科学。1650年大主教乌斯赫(Ussher)宣布:地球是在公元前4004年诞生的。并且这种说法以注释的形式出现在圣经中。那个时候一般都认为地球的岩石都是沉积岩,是在圣经中的诺亚部族遭遇到大洪水时沉积的,这个年龄在那个时代无疑是最权威的。
    时间到了1785年,英国著名地质学家詹姆斯.郝顿(James Hutton)通过多年的野外地质观察出版了《地球的理论》(《Theory of the earth》)一书,提出了地球“均变论”的观点,地球发生的过程是缓慢均匀的,没有突变事件的发生。并且指出地球“没有开始的痕迹,也没有结束的征兆”,并认为地球经历了很长的时间(比公元前4004年更早)。由于他的理论与圣经中记载的关于大洪水的说法不一致,因而受到神学界的压制。
    到了十九世纪的1830年,英国著名地质学家查理.莱伊尔(Charles Lyell)发表了他的《地质学原理》(《Principles of Geology》)一书,通过野外地质调查和填图认为地球的年龄的确很老,因为野外巨厚的沉积岩的存在需要很长的时间才能达到。而这时神学统治科学的时代一去不复还了。
    然而到了十九世纪的后半叶,地球年龄很老的说法遭到了质疑,其代表人物是英国当时最著名的物理学家威廉.汤姆逊(William Thomson)。他对地质学的介入,影响了地质学界关于地球年龄的认识长达50年之久。在1862—1899年间,汤姆逊发表了一系列的文章来限定地球的年龄。他的计算理论是太阳的发光度,地球的冷却史和月亮潮汐对地球转动速度的影响。他最初得出的结论是地球不可能大于1亿年,并在以后的文章中陆续将地球的年龄进一步缩小,最后认为地球的年龄为2千万—4千万年之间(1897年的演讲)。
 
二  放射性的发现
    关于地球年龄曙光的出现是在1896年,这一年法国物理学家亨利.贝克勒尔(Henri Becquerel)公布了放射性的发现,此后放射性便在地质学中产生了深远而不可替代的意义,放射性的发现对地质学来说是一个里程碑式的科学事件。在随后的二十世纪里,物理学家发现了各种发射性元素的存在,并且弗莱德里克.索迪(Frederiek Soddy)和恩斯特.卢瑟福(Ernest Rutherford)共同研究的放射性衰变的理论(),提出辐射的强度与所在的放射性原子的数目成比例。该理论奠定了地质学测年的理论基础,地质学以后出现的年龄技术都是在该理论的基础上发展起来的。地质学家可以通过测定岩石中放射性元素的含量来计算岩石或者地球的年龄了。再后来就是质谱仪的产生,对测定同位素产生了积极的影响。
 
三  地球年龄的诞生
    在各种放射性元素的不断被发现以及放射性衰变理论引入到地质学界后,不少地质学家开始了测定地球年龄的工作。其中,霍姆斯1913年发表的地质年代表表明太古代的片麻岩年龄为13亿年,据此他推断地球上最古老的岩石年龄必然有16亿年,这是地球年龄的新纪元。随着宇宙大爆炸理论的兴起,一般认为太阳系是由宇宙大爆炸产生的,并且在这次事件中诞生了地球和其他的星球。由于地球诞生早期的岩石已经被剥蚀了,在地球上已经不存在了,进而地质学家开始从陨石入手,并认为陨石是太阳系中的碎片,与地球的形成年龄基本一致,而且陨石自诞生以后就没有经历过其他的演化过程,其同位素组成没有其他事件的干扰(不会出现同位素由于热事件的干扰而逃逸或者富集的情况,地球自诞生以来经历了许多的演化过程,并不像月球那样已经停止了演化。),它的年龄基本可以代表了地球的年龄。于是,1956年,帕特森根据三个石陨石和两个铁陨石的Pb同位素组成测得了陨石的年龄为(4.55±0.07)×109,当然他测试的前提是由假设的,这里不提。后来许多的地球化学工作者都对这一年龄做了测试,其结果和帕特森的结果基本一致,并认为帕特森的年龄是准确的,这个年龄就代表了地球诞生的年龄,自此地球的年龄((4.55±0.07)×109)便被揭晓,人类关于地球年龄的争论便停止了。
 
参考文献:Principles of isotope geology,Gunter Faure(同位素地质学原理,G.福尔)


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