利用元素的衰變放射性測定天體（地球）的年齡

【作者：黃姤】

「一個元素」這裡指的是個原子核，在原子核裡面包含了質子和中子，如果質子和中子的數量太多的話，這個元素就會變得不穩定。

元素的放射性

當原子核裡面的質子和路子的數目太多或者是它們的比例過大或者過小，這個時候原子核就會通過某種方式來達到更加穩定的狀態，這個方式稱為「衰變」或者「放射性衰變」，原子核可以去釋放一個更小的原子核，或者釋放一個電子或者一些光子等等，總之它會使它的構造發生變化，而它的構造變化了之後就有可能達到一個相對穩定的狀態。

元素的放射性有一個特點，就是不管風吹雨打、不管海枯石爛它的放射性的變化的速率是不變的，這個定義叫做「半衰期」，這是一個時間的標尺，它的含義是每過一個半衰期，這個原子核的數量就減少為原來的一半，而再過一個「半衰期」它又減小了一半，因此只要去測量這個原子核原來的數目以及它所生成那個新的原子核的數目，通過兩者之比就可以得到它經過了幾個半衰期，就可以測量它經歷了多長時間。

舉例說明：

考古學家往往用「碳14」的放射性衰變來進行時間或者年代的測定，「碳14」是「碳12」的一個同位素，它是不穩定的，它可以通過放射性的衰變變成「氮14」，在這個衰變過程裡面它的半衰期大約是5700年，因此去測量不同的物體裡面所包含的放射性元素，它的母體和子體就是測量時間的一個非常有效的工具。

對於碳14來講5700年的半衰期還是太短了，我們需要一種具有更長時間衰變過程的元素，目前找到的核數是「鈾235」和「鈾238」，這兩種元素都是不穩定的，它們都會通過一系列的衰變變成「鉛」而且所經歷的時間都特別的漫長，比如「鈾235」的半衰期就達到了70億年，「鈾238」的半衰期有45億年，這麼長的時間尺度跟恆星的演化、星系的年齡就相當了，這就給我們提供了一種方法去測定天體所經歷的時間。

放射性測試法測得地球的真實年齡

比如測量地球的年齡，就要去尋找在地球上包含有「鈾」的古老巖石，當然不可能是地球地面上的巖石，因為地球巖石很多都是不久前才形成的，所以我們需要去尋找包含了太陽和太陽系在剛剛誕生時候信息的遠古巖石，這些遠古巖石就是在地球地面上所發現的隕石。隕石其實是太陽星雲在形成行星的過程裡面，通過相互的撞擊拋灑到整個星系空間裡面的，其中有那麼一小部分可能又會回到太陽系，並且在太陽和地球的引力下它們會落到行星上面，如果恰好落在地球上就可以通過它去分析太陽系和它過去所經歷的過程。

1956年克萊爾·帕特森測量在隕石裡面鈾和鉛的含量，如果可以把這兩種元素的含量測定了，通過它們的比例關係就可以去測定隕石的年齡，實際上就反映了地球的年齡，克萊爾·帕特森經過8年的努力終於成功了測定了鉛的含量，由此計算出地球的年齡——45.5億年，這是人類第1次準確地測定了地球的年齡。

（黃姤）結語：為什麼環境裡面會有這麼多鉛？

克萊爾·帕特森開始到各處去測量環境裡面鉛的含量，到海洋的深處抽檢，到南極去採取冰芯，甚至對古代的木乃伊測量鉛的含量，結果發現50代人跟我們現代人體內的鉛的含量相差懸殊，差別達到了1000倍以上。鉛含量的上升的趨勢是在一個比較短的時間裡面發生的，也就是在當時的幾十年前這個過程裡面所累積的。

現代人體內的鉛和汽車工業的大規模的興起有直接的關係，克萊爾·帕特森研究在當時的汽油裡面，人們往往去添加抗爆劑，而抗爆劑裡面就含有鉛元素，汽車尾氣的鉛元素就擴展到環境裡面了。

圖解：鉛含量的分布其中每一個小點代表40微克的鉛

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