如何测定地球年龄

地球年龄是多少？这是我们一直没有停止探索的问题。

1956年，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。

但其实时至今日仍有很多人不相信这个数字——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，如果要介绍这一段对于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。

一、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，对于人们这个问题的讨论，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。

二、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

[图片来自网络]

在牛顿的基础上，威廉·汤姆森（1897），也就是后来的开尔文男爵，通过更复杂的热力学计算，给出了一个误差值很大的范围——“2000万年到4亿年”，后来又有人提出地球内部的压力非常大，所以散热效率会不同，修正后的结果是2400万年。

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。

地质学家还曾经尝试用地层沉积厚度来计算地球年龄，在每个时期将最厚的沉积物相加，估计沉积率, 以确定年龄，这样的方式计算指的年龄至少为 5000万-1亿年。

三、天文学和地球化学的结合

1903年，法国物理学家居里发现放射性同位素镭能够释放出热量，乔治·达尔文和几个物理学家几乎同时指出，地球冷却模型的假设是错的，因为地球内部放射性同位素产生的热量足以平衡冷却效应，那么我们就需要更正我们研究的方向。

英国地质学家克莱尔·帕特森通过铀-铅法得到了第一个准确的岩石年龄，他是地质年代学的先驱，从本科生期间起，就从事这方面研究，并在伦敦皇家科学学院进行了第一次铀-铅辐射测年，确定了来自挪威的泥盆纪岩石为370 Ma的年龄。

英国地质学家克莱尔·帕特森

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那么既然放射性铀-铅法可以测定岩石的年龄，接下来我们要做的就是尽可能寻找古老的岩石，进行测定，以确定地球年龄。但其实至今为止测定的最古老的岩石年龄也只有是38亿～39亿年，来自在澳大利亚发现的锆石小晶体的最古老的矿物晶体年龄也只有为44亿年。

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

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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，根据的是美国地质球化学家帕特森在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翻译，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。

P-模式的太阳声波振荡在太阳表面和内部两者的模型（来自计算机模拟）

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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着我们脚下的这片土地和头顶的这片星空。