回眸 | 地球年龄是如何测定的？

地球年龄是多少？这是我们一直没有停止探索的问题。

1956年10月6日，加州理工学院的克莱尔·帕特森利用铅铅测年法计算，发表了一个结果——45.5亿年，现在这个结果被大多数科学家认可，也为大众所知。

实际上，在对于地球年龄的探索历史上，人类达成共识的时间并不多，如果要介绍这一段地球年龄探索史的话，按照年代顺序，我们也许可以将其分成三个重要的发展时期。

被宗教和传说裹挟着前进的科学

自从人类文明开始出现，人类就始终没有停止过对于“我们生存的时间存在了多久”的讨论。但是在真正的自然科学发展起来之前，人们对于这个问题的讨论，更多是从哲学角度出发的世界观的讨论。

中国神话中对于地球年龄的讨论来自三国时期的《三五历记》：

“天地浑沌如鸡子。盘古生在其中。万八千岁。天地开辟。阳清为天。阴浊为地。盘古在其中。一日九变。神于天。圣于地。天日高一丈。地日厚一丈。盘古日长一丈。如此万八千岁。天数极高。地数极深。盘古极长。故天去地九万里。后乃有三皇。”

古人们认为是盘古经过“万八千岁”开辟了天地，又“如此万八千岁”让混沌的世界变得泾渭分明，再加上中华五千年文明，也就是说世界诞生距今18000+18000+5000=41000年。

在十七世纪的欧洲教会，爱尔兰主教詹姆斯·乌雪，在他的著作《乌雪年表》中给出了精确却毫无科学依据的结论——“根据圣经记载及历法考证，认为世界创造于公元前4004年10月23日礼拜天”。但这个结论被写在圣经之中，裹挟着教会的淫威成为了西方社会的主流观点。

1643年撰写的“Immanuel, or the Mystery of the Incarnation of the Son of God”的标题页

在其他的文明中对于地球年龄也有着不同的观点，古巴比伦人认为是20-40万年，古埃及人的历法中确定为15万年，印度教宣称是20亿年。

早期地质学家的猜想和物理学家的计算

最早尝试解决地球年龄这个问题的物理学家是牛顿（1687）。当时科学家已经知道地球早期是一个炙热的火球，于是牛顿便模拟了地球冷却过程，他制作了一只直径1英寸的小铁球，实验得知这只铁球从红热状态冷却到室温要花至少一个小时。他把这个数据换算成地球的大小，得出的结论是5万年。显然这个推测过于简单，没有考虑到辐射量的变化和放射性元素等因素。

地球形成的早期

19世纪初的时候，英国流行着詹姆斯·哈顿所提出的均变论，之后这个理论在查尔斯·莱尔的《地质学原理》中提到，大致说是的是地球上的山川和河流都是经过长时间的积累才产生的。之后达尔文看了这本书之后受到了启发，于是写下了巨著《物种起源》。

结合这两本书，当时社会就出现了这样一种观点：地球大陆的形成以及生物的进化，都是一种极其缓慢的过程，甚至当时的地质学家和生物学家等把这个缓慢的过程假设成了无穷长。毕竟人的寿命最多也就100多年，相比之下，人类根本无法想象，数亿年这样一个天文数字般的时间尺度下，究竟是一种什么样的概念。

这个时候，物理学家开尔文（就是用名字命名了绝对温标，并且提出了热力学定律的物理学家）觉得地球的年龄不可能是无穷长的，一定存在一个准确的年龄。

他认为，既然地球内部存在高温，那么就可以通过热传导的方程构建出地球的冷却模型，就可以计算出地球从早起的高温一直冷却到现在，到底经过了多长时间。

但由于地球的初始温度、导热系数以及地温梯度，并不能准确地测量，所以只能采取粗略测量的平均值，最后的答案在9800万年左右，但最少不会低于2000万年，最长不会超过4亿年。

虽然这个结果说服了一部分人，但依然有人对这个结果不满意。放到现在来看，很明显距离地球真实的年龄还相差甚远，那么问题到底出在哪？

首先最致命的原因就是，大概是人们还不知道地球内部的放射性物质衰变，也会带来大量的能量。因为放射热产能直到20世纪初才被人发现。同时，开尔文对地球的内部结构也不了解，这才导致了他的错误答案。

来自爱尔兰的地理学家约翰·乔利（1899）提出了测量海水含盐量的方法。他假定地球诞生初期海水都是淡水，此后河流不断把陆地上的盐分带进海中，日积月累海水便成为盐水了，通过计算得出了9000万年这个数字。但是显然我们并不能假定从河流输送的盐分是恒定速率的，而且海洋的总盐量的计算方法也并不可靠。

天文学和地球化学的结合

19世纪末期，贝克勒尔发现铀矿的放射性，之后居里夫妇又发现了放射性元素：镭和钋。随着科学家对放射性元素的深入了解，这时人们才意识到，地球内部的放射性热量对于测定地球的年龄，是一个不可忽略的重要因素。科学家通过对铀的衰变进行研究然后发现：放射性元素的原子核结构非常稳定，它的半衰期完全不受外界温度和压力的影响。

于是，理论上来讲，通过测定地球上最古老的岩石里的铀和铅的含量以及同位素的比值，就可以得到这块岩石的年龄。当时科学家用的是锆石。

但是测定的过程并不顺利，由于铅污染的问题，帕特森在多次测量中都会存在铅含量测不准。最后无奈之下，帕特森一手搭建了自己的实验室，在实验里面，人从头到脚都要全部包裹着，就连购买的化学试剂纯度都不相信，坚持亲自再次蒸馏提纯。

至于实验的结果，当然还是不够准确，因为锆石还不是地球上最古老的岩石，但至少得出：地球的年龄在40亿年以上。

用地球岩石无法直接测定地球形成的年龄，这是因为地球由于板块运动，岩石始终处于循环变化之中，地球最早形成的岩石已不存在。

但天文学家和空间物理学家告诉我们整个太阳系是由同一片星云形成的，那么太阳系其他天体的年龄也就基本等于地球的年龄。因此，对于地球年龄的测定的最好的样品其实来自月球和降落到地球上的天外来客——陨石。

陨石

对“阿波罗”号带回来的月球岩石的测定结果表明，最古老的月球岩石是44亿～45亿年。对许多陨石的测定结果，年龄也都在45亿年左右。现在被普遍接受的地球年龄45.4亿年，根据的是地球化学家帕特森在1956年发表的测定结果，测的是一块在美国亚利桑那州恶魔谷发现的陨石。

尽管如此，为了验证这个结果，科学家也始终没有停下思考和研究。20世纪60年代，天文学家发现太阳表面在有规律地振荡，称为日震。日震波的传播与太阳中心的氦和氢的相对含量有关，而太阳内部始终进行着氢到氦的核聚变反应，我们通过研究日震波就可以计算出太阳的年龄，也就是地球形成的年龄。用这个方法测出的年龄大约为45.7亿年，与用放射性测定法测出的结果吻合得很好。

科学的本质是来不断认知这个世界，而我们生存的这个世界的最有趣的问题都藏在我们脚下的这片土地和头顶的这片星空。

原标题：《回眸 | 地球年龄是如何测定的？》

阅读原文