沒有出生證明 科學(xué)家怎么知道地球年齡的？

于你我而言，地球仿佛是一個永恒的存在

可偉大的地球母親并沒有留下出生證明

我們?nèi)绾沃浪龓讱q了？

懸而未決：數(shù)百年的地球年齡之爭

在過去的數(shù)百年里，科學(xué)家們曾嘗試過從各種角度來推測地球的年齡。

西方國家甚至通過對《圣經(jīng)》的解讀，認(rèn)定地球的年齡僅有幾千歲。其他的一些觀測手段，比如海平面的變化、海水鹽度的變化等也被用于地球年齡的推測。

然而，隨著科學(xué)研究的進(jìn)步，這些方法被認(rèn)為是很不可靠的。直到放射性同位素測年方法問世，地球年齡的神秘面紗才被逐漸揭曉。

美麗的地球 圖自forums.pelicanparts.com

定年神器：放射性同位素測年

1898年，居里夫人（Marie Curie）發(fā)現(xiàn)了放射性現(xiàn)象，該現(xiàn)象表明不穩(wěn)定的原子能通過以粒子和電磁輻射的形式放出能量，發(fā)生自然衰變。

在元素周期表的100多個元素中，有些同位素非常不穩(wěn)定，并且一直以可預(yù)測的方式和速度衰變，這些同位素被稱為放射性同位素。如果我們假設(shè)巖石形成時，含有一定量的放射性母體同位素，隨著時間的推移，這些母體同位素以可預(yù)測的速度衰變?yōu)槠渌兀ㄟ^研究現(xiàn)有的元素，就可以推測出衰變所經(jīng)歷的時間，從而確定巖石的年齡。

物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福（ErnestRutherford）早在1904年，就嘗試將這種衰變過程用于測定巖石的年齡。

之后，阿瑟·霍爾姆斯（Arthur Holmes）在倫敦帝國理工學(xué)院發(fā)展了用鈾-鉛法測定巖石年代的技術(shù)，并以此對當(dāng)時地球上最古老的巖石定年，提出地球至少有16億年的歷史的觀點(diǎn)。

在隨后的幾十年里，地球的年齡不斷被修改，成為地質(zhì)學(xué)家們熱議的話題。

石中長者：地球上最古老的巖石幾歲了？

然而，截至目前，人們還未找到最原始地殼的蹤跡。

科學(xué)家猜測，由于板塊構(gòu)造的強(qiáng)烈活動，地球形成后最早的一批巖石可能早已被破壞殆盡。有研究推測，在全球冰河時期，冰川侵蝕巖石，使巖石崩解。然后板塊構(gòu)造將破碎的巖石拋回地球內(nèi)部融化，并將其變成新的巖石。

迄今為止，地球上已知的最古老的巖石是位于加拿大西北部的阿卡斯塔（Acasta）片麻巖，大約形成于40–42.0億年前（Bowring，1999）。

而且，所有的大陸上都能找到35億年以上的巖石。如格陵蘭島Isua上地殼巖石就擁有37億–38億年的歷史，而斯威士蘭的巖石也有34億–35億年，西澳大利亞同樣發(fā)現(xiàn)了年齡約為34億–36億年的巖石。

然而，盡管這些巖石已經(jīng)足夠古老，但它們并非來自“原始地殼”，而是由熔巖流和沉積在淺水中的沉積物組成，這表明地球的歷史早在這些巖石沉積之前就開始了。

Acasta（阿卡斯塔）片麻巖

圖自Crystal World Exhibition Centre

作為地球上最堅(jiān)硬的礦物之一，微小的鋯石在各種毀滅性的地質(zhì)事件中依然幸存了下來。于是，這些微小的晶體成為了迄今為止地球上最古老的物質(zhì)，它們擁有44億年的歷史（Wilde，2001）。

地球上的古老巖石和微小的鋯石晶體告訴我們，地球至少已經(jīng)有44億年的歷史了，因?yàn)榈厍虼嬖诘臅r間一定比它表面存在的東西更加古老。

天外之客：解開地球年齡之謎的鑰匙

科學(xué)家們堅(jiān)信，地球上最古老的那些巖石很可能已經(jīng)被強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動破壞殆盡了。根據(jù)天體物理學(xué)家的假設(shè)，包括地球在內(nèi)的所有太陽系天體都是同時形成的，于是，科學(xué)家們將探索地球年齡的希望寄托在了太陽系的其他星體上。

科學(xué)家們首先想到了月球，由于月球并未經(jīng)歷過像地球那樣強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，月球最古老的巖石依然保留在月球的表面，從阿波羅登月任務(wù)中返回的月球表面巖石（Papike，1998）年齡被確定為45億年。

1971年阿波羅14號帶回的月球巖石，可能包含了古代地球的一小塊碎片(箭頭所指的“長巖碎屑”) 圖自NASA

雖然科學(xué)家還還沒有帶回火星表面的巖石樣本，但墜落到地球上的火星隕石的年齡也可以追溯到45億年（Nyquist，2001）。

1956年，加州理工學(xué)院的克萊爾?帕特森（ClairePatterson）采用鉛同位素測年法測得代亞布羅峽谷（Canyon Diablo）的隕石年齡為4.55（±0.07）億年，該年齡與今天公認(rèn)的地球年齡已經(jīng)相差無幾。

這一研究成果《隕石與地球的年齡》 （Age ofmeteorites and the earth）發(fā)表在地球化學(xué)界的權(quán)威期刊《地球化學(xué)與宇宙化學(xué)學(xué)報(bào)》（Geochimica EtCosmochimica Acta）上（Patterson,1956），至此，長達(dá)數(shù)百年的地球年齡之爭終于塵埃落定。

克萊爾?帕特森（ClairePatterson） 圖自montymckeever.com

代亞布羅峽谷（Canyon Diablo）隕石 圖自commons.wikimedia.org