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地球年龄约46亿年,这个数字是怎么得出来的?它真的准确吗?

2020-11-22 32 11/22

一棵树的年龄到底有多老,人们通过树干截面上的年轮就知道了答案。但是地球的年龄到底有多老?面对这样的天问,千百年来,没有人能真正说得清楚,但这并不妨碍从古到今人们对这一问题的思考和探索。

参天大树

在这一漫长的探索过程中,各种学说假说层出不穷,有宗教的,有猜测的、有估算的,有从科学出发却又存在明显漏洞的,因而始终没有一个公认而严谨的科学答案。直到1953年的春天,一位年轻的美国科学家,在现代科学理论的支撑下,利用当时最先进的科学仪器通过实验测定后,最终让这一困扰人类千百年的问题画上了句号。

地球

下面,我们先看看古人在探索地球年龄时各自都提出了哪些有趣的答案。

古代中国人认为天地起源于盘古开天辟地的时候,具体为“天地开辟,至鲁哀公获麟之岁,凡三百二十六万七千年”,换算到今天,就是地球年龄大约是326万9000年。

17世纪英国的一位教主根据圣经的记载推算后,认为地球是公元前4004年由上帝创建的,换算到今天,也就是地球年龄大约是6000年。同一时期,英国著名科学家牛顿,认为地球形成时是一个炽热的大铁球,然后逐渐冷却至现在的常温。因此他通过一个烧红的小铁球冷却至常温的时间,推算出地球年龄大约是5万年。

牛顿

18世纪中期,英国著名科学家开尔文通过对温度的研究,经过一系列复杂的假设,最后得出的结论是地球年龄为9800万年。

19世纪中期,德国一位科学家根据对太阳能量的估算,认为地球年龄不会超过2500万年。然后一位来自爱尔兰的科学家通过对海水盐度的研究,认为地球年龄是约9000万年。

19世纪后期,著名生物学家达尔文的儿子——乔治达尔文,通过地球和月球自转速度的变化推算出地球年龄介于5000万年至6000万年。

地球

直到当时,地球的年龄到底有多老呢?没人知道!

进入20世纪后,世界科技突飞猛进,各种新发现、新理论、新技术层出不穷,为地球年龄的准确测试提供了科学理论和技术基础。

1946年,美国一位年轻的博士生克莱尔·彼得森向这一长期困扰人类的问题发起了最后的挑战。7年之后,他得出了地球的年龄:45.5±0.7亿年。这也是今天我们大多数文献资料中都能看到的地球年龄约46亿年这一数字的初始来源。

地球形成初期想象图

但是这一数字准确吗?它为何得到了全球科学家的公认?

这是因为该年龄数据是建立在严谨的现代物理、化学、天文、地质等科学理论基础之上的,是通过精密的仪器与大量的实验数据计算得出的。具体又是怎么计算的呢?这就要感谢自然界中的一种放射性元素铀,没错,它也是制造原子弹的基础原料。

原子弹爆炸

在自然界中,铀元素可以自然衰变,其中铀-238的半衰期是44.7亿年,也就是1克铀-238每44.7亿年就会有一半衰变成铅-206,后者是一种新的稳定元素。这个衰变过程是每时每刻都在进行的,而且速率是恒定的。

科学家发现,自然界中铅-206只能由这种放射性衰变形成,因此只要能测出一块岩石中铀-238和放射衰变形成的铅-206的含量比例,就可以得出铀元素已经衰变了多少年,那么也就可以得出这块岩石或矿物的年龄。

可能有人会说,如果铀元素在衰变过程中形成的放射性铅元素丢失或被后期破坏了怎么办?那数据不就不准确了?

没错,科学家早就想到了这点,因此他们选择了一种叫做锆石的矿物。

这种矿物外形类似钻石,耐高温、高压、结构稳定,封闭性非常好,硬度非常高,同时里边铀元素含量很高,而非放射性成因的铅元素含量极低,简直是铀-铅测量的天选之物。具体元素的含量怎么测定,现代化学实验以及后来发展出来的激光测年早已解决了这一技术问题,目前最新的铀-铅激光测年精度可达到0.1%到1%。

锆石激光测年阴极发光图

可能还会有人说,地球这么大,你测量的样品从哪儿来?你能保证测量的就是地球上最老的矿物或岩石吗?

科学家同样也想到了这一问题,而且在初期还深受困扰。直到有一天,为实验样品一直苦恼的克莱尔彼得森灵光一闪,既然经历几十亿年地质作用改造和破坏后,地球上哪儿的岩石年龄最老我们不得而知,但是掉在地球上的很多外来陨石大多数都是太阳系形成初期保留下来的,而且大多数还保留着最原始的结构。

只要测出这些来自太阳系的陨石年龄,就测定了太阳系形成初期的年龄,它也代表了地球的形成年龄。

太阳系小行星

1953年的春天,克莱尔彼得森在一次科学学术会议上正式报告了实验测定的年龄:45.5±0.7亿年,此时距离他开始研究地球年龄已经过去了整整7年。

后来众多科学家做了大量实验发现,不同方法对各类陨石测定的年龄均位于45.4亿年至45.7亿年之间,从月球上采集的样品测定的最老年龄为45.2亿至46亿年,地球上目前发现的最老的矿物年龄为约44亿年。

45.5±0.7亿年从此就成为了全球公认的地球年龄,也就是地球年龄约46亿年。这一数字背后凝结了无数科学家的汗水,是有着充分的科学依据和实验基础的,并不是胡乱估算或猜测的,是科学而可信的。

浩瀚宇宙

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