地球的年齡是45.5億年,這個答案是誰提出來的?怎麼得出來的?

2020-12-14 夏日的風啊

我一直很感興趣的是,地球的年紀有多大?這個數據是怎麼得到的?我查了一些資料,這個證實的過程十分的曲折。

首先提出這個答案的是英國著名的物理學家開爾文勳爵。他是用熱力學的方法估算地球年齡的。他假設地球最初是一個巨大的火球,隨著時間的推移,這個火球就由外向內逐漸冷卻,從而變成了今天的樣子。而這個冷卻的時間,就是地球的年齡。在1862年,他發表了一篇論文,地球的年齡在兩億年到4億年之間。

而到了1897年,他又發表了一篇論文,宣稱地球的年齡其實是2400萬年。為什麼兩篇論文的結果會有這麼大的差別呢?這是因為卡爾文勳爵後來意識到,基於當時的物理學理學理論,太陽最多只能燃燒幾千萬年,所以他就修改了自己的理論模型,從而大幅減小了地球的年齡。

不過很快就有一群意想不到的人跑了出來,這些人就是一群地質學家。他們通過觀察一些古老的沉積巖來計算地球的年齡。在地球上有一種很重要的巖石類型,叫做沉積巖。沉積巖的結構是一層一層的,越往下層的沉積巖年代就越久遠。通過研究某些巖層的沉積速度,就能計算出形成該巖層所花費的時間。再把個巖層的形成時間都疊加起來,就可以估算出形成整個沉積巖地形需要花費的時間了。那些地質學家就把這個時間近似地看成是地球的年齡了。他們算出來的數字明顯大於開爾文勳爵公布的結果。

達爾文曾在第一版的物種起源中宣稱,地球的年齡至少在3億年以上。劍橋大學三一學院的地質學家塞繆爾霍頓更是宣稱,地球的年齡最高達23億年。這樣一來,關於地球的年齡就有了兩派觀點:開爾文勳爵認為,地球的年齡大概只有2400萬年;而地質學家們則認為,地球的年齡至少有好幾億年。

1907年盧瑟福發現了一個非常奇妙的現象,對所有放射性元素而言,其原子核衰變到只剩一半時所花費的時間是固定不變的。比如說100千克的某种放射性元素衰變到只剩下50千克,與50千克的同种放射性元素衰變到只剩25千克,所花費的時間是相同的。盧瑟福的發現有著很大的實用價值,就是可以把放射性元素的半衰期當成一個標準的時鐘,來測量古老物體的年齡。通過研究一些古老礦石的衰變情況,盧瑟福發現地球的年齡至少有7億年。

更重要的是盧瑟福的發現為地球年齡的測量指明了方向。只要能找到地球上最古老的巖石,然後再利用某种放射性元素的半衰期,來計算它的年代,就可以估算出地球的年齡。可是當時具體該用哪种放射性元素來測量,還是一個懸而未決的問題。下一個做出重要貢獻的人是英國地質學家阿瑟霍姆斯特。

霍姆斯特主要關注鈾元素的一種同位素鈾235,它是製造原子彈的主要原料。鈾235具有放射性,可以自發地衰變成鉛207。更關鍵的是鈾235的半衰期長達七億年,所以它可以作為一個很理想的時鐘來測量地球的年齡。通過測定古老巖石中,鈾235和鉛207的比例,霍姆斯特在1927年發表了一篇文章,地球的年齡在16億到30億年之間。到了1946年,他又發表了一篇文章,宣稱地球的年齡應該是在30億年以上。

1948年芝加哥大學地質學教授哈裡森布朗也對地球的年齡產生了濃厚的興趣,布朗把測定地球年齡的課題交給了自己的博士研究生克萊爾彼得森。彼得森提出,從太空中掉下來的那些隕石,其實是太陽系形成之初。剩下來的物質,它們的內部還保留著太陽系最原始的化學組成,這些隕石其實和地球一樣古老。這樣一來,只要用霍姆斯的辦法準確測出這些隕石到底存在了多少年就能推算出地球的年齡。1955年,彼得森在一次學術會議上正式宣布,地球的確切年齡是45.5億年。這個答案已經被人們認可。

經歷過這麼多的波折,我們終於可以知道地球的確切年齡。由此可見,每一項成果的發現發明,都需要經過長時間的摸索證實。向偉大的科學家致敬!

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