沒有出生證明,科學家怎麼知道地球年齡的?

2020-12-05 蝌蚪五線譜

於你我而言，地球仿佛是一個永恆的存在

可偉大的地球母親並沒有留下出生證明

我們如何知道她幾歲了？

懸而未決：數百年的地球年齡之爭

在過去的數百年裡，科學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《聖經》的解讀，認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於地球年齡的推測。

然而，隨著科學研究的進步，這些方法被認為是很不可靠的。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，居裡夫人（Marie Curie）發現了放射性現象，該現象表明不穩定的原子能通過以粒子和電磁輻射的形式放出能量，發生自然衰變。

在元素周期表的100多個元素中，有些同位素非常不穩定，並且一直以可預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測的速度衰變為其他元素，通過研究現有的元素，就可以推測出衰變所經歷的時間，從而確定巖石的年齡。

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

之後，阿瑟·霍爾姆斯（Arthur Holmes）在倫敦帝國理工學院發展了用鈾-鉛法測定巖石年代的技術，並以此對當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。

在隨後的幾十年裡，地球的年齡不斷被修改，成為地質學家們熱議的話題。

石中長者：地球上最古老的巖石几歲了？

然而，截至目前，人們還未找到最原始地殼的蹤跡。

科學家猜測，由於板塊構造的強烈活動，地球形成後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。然後板塊構造將破碎的巖石拋回地球內部融化，並將其變成新的巖石。

迄今為止，地球上已知的最古老的巖石是位於加拿大西北部的阿卡斯塔（Acasta）片麻巖，大約形成於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，而史瓦帝尼的巖石也有34億–35億年，西澳大利亞同樣發現了年齡約為34億–36億年的巖石。

然而，儘管這些巖石已經足夠古老，但它們並非來自「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

作為地球上最堅硬的礦物之一，微小的鋯石在各種毀滅性的地質事件中依然倖存了下來。於是，這些微小的晶體成為了迄今為止地球上最古老的物質，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，地球至少已經有44億年的歷史了，因為地球存在的時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

科學家們堅信，地球上最古老的那些巖石很可能已經被強烈的構造運動破壞殆盡了。根據天體物理學家的假設，包括地球在內的所有太陽系天體都是同時形成的，於是，科學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。

科學家們首先想到了月球，由於月球並未經歷過像地球那樣強烈的構造運動，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，加州理工學院的克萊爾帕特森（ClairePatterson）採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，該年齡與今天公認的地球年齡已經相差無幾。

這一研究成果《隕石與地球的年齡》 （Age ofmeteorites and the earth）發表在地球化學界的權威期刊《地球化學與宇宙化學學報》（Geochimica EtCosmochimica Acta）上（Patterson,1956），至此，長達數百年的地球年齡之爭終於塵埃落定。

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

參考文獻：

[1].BowringS A, Williams I S. Priscoan (4.00-4.03 Ga) orthogneisses from northwesternCanada. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1999, 134(1): 3-16.

[2].JeannaBryner. How is Earth's Age Calculated? (https://www.livescience.com/32321 -how-is-earths-age-calculated.html).

[3].NolaTaylor Redd. How Old Is Earth?(https://www.space.com/24854-how-old-is-earth.html).

[4].NyquistL E, Bogard D D, Shih C Y, et al. Ages and Geologic Histories of MartianMeteorites. Space Science Reviews, 2001, 96(1): 105-164.

[5].PapikeJ, Ryder G and Shearer Ch. Lunar Samples. Reviews in Mineralogy andGeochemistry, 1998, 36, 5.1-5.234.

[6].PattersonC C. Age of meteorites and the earth. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1956,10(4): 230-237.

[7].RichDeem. How Old is the Earth According to the Bible and Science? (http://godandscience.org/youngearth/age_of_the_earth.html#n01).

[8].WildeS A, Valley J W, Peck W H, et al. Evidence from detrital zircons for theexistence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago. Nature,2001, 409(6817): 175-178.

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作者：石巖

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