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是誰算出地球年齡46億歲的?
2022/03/08
2022/03/08

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。對于歷史學家而言,能夠研究的人類歷史頂多數千年而已,但對于地質學家來說,地球的歷史可就漫長的多了。

我們現在知道地球的年齡大約在46億歲左右,但這個資料的由來並非一帆風順,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《三五曆紀》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,天地開闢。。。。。。如此萬八千歲。。。。。。後乃有三皇。。。。。。。」

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

確實有,但最先開始研究的並非科學家,而是一位基督教的大主教——愛爾蘭主教詹姆斯.烏舍爾,于17世紀中葉,他通過對《聖經》的仔細研究,得到了一個無比精確的結果,地球的誕生時刻為西元前4004年10月22號(儒略曆710年),甚至他的這一結果後來還被印到了欽定版聖經當中。

這樣來說,那麼地球形成至今的時間不過才六千多年,這個數值對于當時信奉宗教的普通民眾來說,其實並沒有什麼感覺,你要說是六萬年,也不會有人質疑你。但好在當時已經不再是中世紀的歐洲,畢竟牛頓爵士的《自然哲學的數學原理》就在17世紀後半葉出版了,後來歐洲的一批有識之士認識到,只用短短的五千多年,地球是無法形成如此龐大且復雜的系統的。

18世紀初,著名天文學家艾德蒙·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,因為海裡的鹽都是來自岩石,如果知道了每年海洋裡增加的鹽分(也就是每年鹽分增加的速率),那麼同現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?

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

說來說去,怎麼就沒有一個略微靠譜的分析出現呢?于是時間來到了19世紀中葉,由于當時第一次工業革命已經開展了近一個世紀,人們在開採煤礦的同時發現了這樣一個規律,似乎隨著地下深度的不斷增加,溫度也會逐漸升高。

而熱力學之父威廉·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,在隨後的歲月裡,它一步步的降溫,直到現在這個狀態,如果我知道了它最初的溫度,以及岩石的導熱效率,那不就能通過公式將地球年齡計算出了嗎?

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

但遺憾的是,由于當時科學水準的限制,威廉·湯姆森只能對一些初始資料進行猜測,最後得到的結論是:地球的年齡在兩千萬年到4億年不等。

這個結果在當時遭到了不少地質學家的反對,因為他們不相信短短數千萬年乃至幾億年,就能造就出如此復雜的地貌。而且當時達爾文的《物種起源》也已經出版,從物種進化的角度來看,這點時間也顯得過于短暫。

不過到了19世紀末,物理學家發現了放射性現象,也就意味著當初威廉·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,其內部並不是完全沒有熱源的,放射性元素在其內部釋放的能量不可忽視,實際上這個過程在整個地球生命週期內都有存在,即便到了今天也仍在繼續,這也是地核為何一直能保持高溫的一個因素。

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,但相關資料的測量卻是非常困難的,因此科學家們想到了一個很巧妙的辦法,既然存在放射性元素,那我們為何不從半衰期入手呢?比如說某個元素在地球形成時就存在,然後經過了許多年至今,有一部分已經衰變成了其它元素,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,它們的最後衰變為鉛206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果,還需要地球初始時期鉛元素含量資料。

為此科學家們將目光放到了原先在太陽系內部飄蕩的隕石,根據太陽系形成理論,現在太陽系內部的物質原先都存在于一塊被稱為太陽星雲的組織當中,並且太陽系內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。

克雷爾·卡梅倫·派特森

而最先測出地球年齡的美國科學家就是克雷爾·卡梅倫·派特森,他在這個項目上耗費了將近10年時光,最後在1956年宣佈得到了地球年齡,結果為:45.5±0.7億年!

並且值得可敬的是,這位科學家在研究地球年齡的同時,也發現了鉛污染問題,為此他同相關利益集團鬥爭了數十年,最終在20世紀末,致使美國終于宣佈禁止銷售含鉛汽油。


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