2.3 如何测定地球的年龄

简介

关于地球年龄的问题，有几种不同的概念。地球的天文年龄是指地球开始形成的时间，这个时间同地球起源的假说有密切关系。地球的地质年龄是指地球上地质作用开始之后到时间。从原始地球形成经过早期演化到具有分层结构的地球，估计要经过几亿年，所以地球的地质年龄小于它的天文年龄。地球上已知最古老的岩石的年龄是41亿年，地球的地质年龄一定比这个数值大。地质年龄是地质学研究的课题；通常所说的地球年龄是指它的天文年龄。

科学原理

很早以前，人们曾试图用地球上发生的一般物理化学过程来估算地球的年龄，如根据地球表面沉积岩的积累厚度，海水含盐度随时间的增加，地球内部的冷却率等等。但是这些过程的变化速率在地球历史上是不恒定的，因此不可能得到正确的年龄估计。直到1896年放射性元素被发现以后，人们才找到了一种以恒定速率变化的物理过程来测定岩石和地球的年龄。就测试水平，可以认为放射性元素的衰变速率在任何物理化学条件下都是恒定的。根据放射性衰变原理，如果已知放射性母体同位素的衰变常数及母、子体同位素的比值，那么只要测定岩石或矿物中某种放射性母体同位素及其衰变成的子体同位素的含量，一般说来就可以计算出该岩石体系的形成年龄。设有一放射性元素，开始时只有N0个原子，过了t时间，由于衰变，只剩下N个原子并产生D个新原子，按照衰变规律（λ为衰变常数），λ为已知,D/N为岩石或矿物中所含子体元素的原子数对母体元素的原子数之比，这一值是可以测定的。根据这个公式就可以计算出岩石或矿物形成的年龄。20世纪以来,已先后建立了用U→Pb、U→Pb、Th→Pb、K→Ar、Rb→Sr、和Sm→Nd等放射性衰变系列测定岩石年龄的各种方法。

然而要进一步确定地球的年龄并非如此简单。因为地球表面的岩石并不是在地球形成时就存在的。由于地球内部的运动和化学变化，它们曾经历了多次分异、熔融和改造。因此要计算地球的年龄还必须解决一系列的理论和实验技术问题。

关于地球的年龄，现代科学发展经过了这三种测量方式：

1. 盐测量法

人们想到了海水。海水是咸的，其中的盐被设想是从大陆上送去的，现在河流还在不断把大量盐分带进海中。那么我们用每年全世界河流带进海中的盐分的数量，去除以海中现有盐分的总量，这不是可以算出积累这样多的盐分，已经花了多少年吗？计算的结果表明：大约已有1亿年。这个数字显然还不是地球的真实年龄，因为在海洋出现之前，地球早已经出世了。而且河流带进海中的盐分的多少，不会每年一样，海中的盐分还会因海水被风吹到岸上，而有一部分返回大陆。

2.沉积物测量法

人们又在海洋里找到了另一种计时器，这就是海洋中的沉积物。随着岁月的增长，沉积物愈来愈厚，而且大量变成了岩石——沉积岩。据估计，每3000～10000年可以造成1米厚的沉积岩。地球上各个地质时期形成的沉积岩，加在一起总共有多厚呢？约有100千米。算起来形成这些沉积岩共用了3亿～10亿年的时间。不过这个数字仍不等于地球的年龄，因为在有沉积作用以前，地球也是早就形成了。

3.放射性同位素测量法

人们发现放射性元素铀蜕变的速度不受外界的影响，稳定不变，不过蜕变的速度和产物各不相同；铀－238是45.1亿年变掉一半，这个时间被称为铀－238的半衰期。1983年在澳大利亚找到几粒年龄有41亿～42亿年的矿物颗粒。这表明距今40亿年前后，地壳已开始形成。这样计算的结果是地球的年龄约有46-50亿年。当然这仍不够确切，计算的结果常出入很大，但我们对地球有多大年纪，终究有了接近真实的认识。

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