地球的年齡是如何測量的？

我們每個人都知道自己的年齡是多少，這是因為我們知道自己的過去，知道自己是怎麼來的，所以說算自己的年齡非常簡單，僅限於加減法。

那麼我們要怎樣知道一個物體存在了多久呢？而它的歷史對你來說完全是陌生的。想要解決這個問題異常的困難。

尤其是人類從開始就十分好奇一個問題，自己生活的地球多大了？它存在了多久？在19世紀之前，人們關於地球年齡的問題完全是依靠與人類有關的歷史去猜測。

如聖經年代學、自己民族的曆法時間，最後猜出來的地球年齡要麼只有數萬年、要麼只有幾千年。

19世紀之後地質學和物理學的發展，讓我們覺得以上的猜測完全與事實相去甚遠。

首先地質學就告訴我們地球的年齡應該異常的古老，因為一個地質變遷沉積的過程異常的緩慢，要形成先進的地理地貌地球肯定是經歷了一個人類無法想像的時間。

而第一個用科學手段，也就是將物理學應有在測量地球年齡的人是開爾文勳爵，它是熱力學大師，所使用的方法肯定跟熱有關。

他根據地球越往伸出越熱這個現象，推測出地球剛出生的時候應該是一個溫度均勻火球，是經歷了漫長的時間冷卻到現在的模樣。

於是他構建了一個散熱模型，推算出地球的年齡應該在2000萬年到4億年之間，當然這個推論並不準確。

原因在於地球並非是一個完美的、物質構成單一且均勻的大鐵球，而是各個地層之間的厚度、物質構成完全不一樣，因此各個地層的導熱並不相同，所以說你無法對其構建一個完美的散射模型。

還有地球這個大火球最初的溫度是多少？這個開爾文也是完全靠猜測。最後我們知道地球內部除了當初形成時有重力勢能轉化形成的熱量外，一直還有放射性元素衰變在持續的為其供熱。

以上的知識開爾文完全不知，因此他想通過地球散熱來算地球年齡註定是失敗的。

所以說人類想要測量地球的年齡還需另闢蹊徑，至少在19世紀的時候時機還不成熟。因為我們還沒有發現關鍵的物理學知識。

那就是核物理！也就是我們熟知的原子核的裂變、聚變以及放射性衰變。這些發現都是20世紀前半葉的成就。

而測量地球年齡所用到的關鍵點就是重元素的放射性衰變，人們發現比鉛重的元素的原子核都是不穩定的，經過漫長的時間他們都會自行的、不受外界幹擾的衰變到比自己更輕的元素。

所生成的輕一點的元素如果還不穩定，就會繼續衰變，直到鉛元素停止。而且最關鍵的點在於，元素在衰變的過程有一個固定的半衰期，也就是一堆放射性元素衰變一半的量所需要的時間。

掌握了以上的知識，人類就開始了對地球年齡的測算過程。

這就不得不提起一個人他叫克萊爾·帕特森，在二戰的時候他以一名小研究生的身份參加了美國的曼哈頓計劃，也就是核武器的研究。

原子彈所使用的裂變元素為鈾235，但鈾235在自然界中只佔了鈾儲量的0.7%，大多是以鈾238的形成存在佔了99.27%。

所以就要從鈾礦中提純鈾235，這個過程就是鈾濃縮，十分困難，因此當時美國就召集了很多專家研究這件事，克萊爾·帕特森就是其中之一，在這裡他第一次接收到了質譜儀。

這種儀器能夠對礦物中元素的含量進行測定。

這為他後來測算地球年齡打下了基礎。在二戰結束以後克萊爾·帕特森回到了大學繼續自己的學業，他的導師是哈裡森·布朗。

哈裡森·布朗在當時已經想到了如果測算地球年齡的方法，就是測量出在地球的歷史中有多少的鈾元素已經衰變到了鉛元素，或者說有多少鉛元素是由鈾元素衰變來的，根據這個衰變的過程就能知道地球的年齡。

在這個問題中最關鍵的地方就在於地球誕生時原始的鉛含量是多少？

哈裡森·布朗決定把這個測量的任務交給克萊爾·帕特森，畢竟他對質譜儀了如指掌。

哈裡森·布朗給了克萊爾·帕特森一小塊鋯石，並告訴他：你只要能測量出其中鈾和鉛的含量，你就是第一個知道地球年齡的人，這對你來說非常簡單。

克萊爾·帕特森欣然答應了，但是令他沒有想到的是，這個看似簡單的測量卻花費了他不下5年的時間，因為不管他每次測量的時候有多麼謹慎、就算操作方法、環境都一樣，但每次測量的鉛含量都不一樣。

克萊爾·帕特森意識到肯定是樣品在測量的時候受到了汙染，於是他對實驗室各種清洗、密封都無濟於事，還是擺脫不了不知來源的、無處不在鉛汙染。

最後他著手建造了人類歷史上第一個無塵淨室。其中的空氣、設備都要進行過濾和清洗，實驗試劑重新進行蒸餾提純，穿著防護服、經過多道門才能進出實驗室。

經過這個的努力，他終於準確的測出了鋯石中鉛的含量，每次的結果都是一致的。這個鉛含量就是地球上目前平均鉛含量。這其中包含了由鈾元素衰變產生的鉛。

因此我們必須知道地球初始誕生的時候有多少鉛，才能知道鈾衰變產生了多少鉛。那麼地球的初始鉛從哪裡找呢？

當然是和地球同一時期形成的鐵隕石，這類隕石的前身其實就是一個小行星，他們和地球同一時期形成的，而且其中大部分是鐵元素，鈾元素的含量基本為零。

那麼只要測量出鐵隕石中鉛的含量就能知道地球的初始鉛含量。1953年克萊爾·帕特森獲得了鐵隕石樣本，並在自己的無塵淨室提取了其中的鉛元素。

這樣他就知道了地球上的鉛有多少是由鈾衰變產生的，並計算得出了地球的年齡大約為41到46億年。

這個結果其實不算太準確，因為鋯石畢竟是在地球上找到了，他經歷過數億年的地質變遷，其中的鉛含量並不是非常的準確，並不能很好的代表地球現今的平均鉛含量。

於是他又找來的石隕石，他也是跟地球在同一時期形成的，一直漂浮在太空中，沒有被汙染過，也沒有經歷過任何的地質變化，唯一變化的就是鈾元素到鉛的衰變。

測量其中的鉛就能更好的代表地球先進的平均鉛含量，最後克萊爾·帕特森測量出來的地球準確年齡為45.5±0.7億年。

如他老師所說經過了漫長的7年時間，他成為了第一個知道地球年齡的人，他的目前是第二人，因為他得出結果以後非常的興奮，首先就給自己的母親打了電話告訴了她這個結果。

不過克萊爾·帕特森並沒有就此止步，他回想起了自己在測定鋯石的時候外界環境對實驗嚴重的汙染，這說明自然環境中存在著大量的鉛。

鉛對人來說是一直慢性的神經毒素，自然界不應該會存在這麼高的鉛含量。為了驗證自己的想法，他測量的海水不同深度的鉛含量，發現了一個驚人的事實，在地球歷史上鉛的含量非常低，這樣的含量其實並不會汙染自己的實驗測量。

而目前空氣中這麼高的鉛含量是近幾十年才出現的，這說明人們幾十年來一直受到了鉛汙染的毒害。

克萊爾·帕特森的這個發現，其實是上世紀危害人類最大環境汙染問題，其根本原因是因為上世紀汽車工業的發展，為了解決發動機敲缸問題，米基利發明了一種汽油抗爆劑四乙基鉛。

正是這種含鉛物質的大量使用導致的幾十年來大氣中鉛含量高的離譜，也造成了5年的時間他無法準確測量出鋯石的鉛含量。

克萊爾·帕特森在測量出地球年齡以後的20年間，啥事都沒幹，就跟當時的石油工業巨頭們鬥爭，打官司，為了讓別人信服自己的說法， 證明地球歷史上從來沒有過這麼多的鉛汙染。

他開啟了自己的全球「旅行」，跑到各個地方測量地球歷史上的鉛水平，甚至是跑到南極挖出了地球歷史上的冰心，做了測量，所有的證據都支持克萊爾·帕特森的說法。

最後在1980年代，終於是獲得了勝利，含鉛汽油被禁止，從那之後人們身體內的鉛含量直接下降了幾百倍。

所以說一次測量地球年齡的過程，無意中發現了人類歷史上最為嚴重的環境汙染問題，毫不誇張的說當時生活的人其實都是在慢性自殺。

如果克萊爾·帕特森測量完地球年齡以後，安於現狀，開始享受成就和名聲的話，而不繼續追究當年造成測量誤差的原因，那麼關於米基利四乙基鉛的陰謀估計只有到了全人類被毒害最深的時候才能被人察覺。

如果克萊爾·帕特森在與石油工業巨頭爭鬥的20年間，他因為利益和好處而放棄堅持自己的科學素養的話，那麼人類可能還會生活在鉛的毒害中生活到21世紀，我們也難逃厄運。

所以說，我們應該為偉大的科學家克萊爾·帕特森致敬，並且銘記他為拯救之恩。