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地球的年龄

 cosmos2062 2022-07-14 发布于广东

我们已经对太阳星云从凝聚到今天经历的时间做了一个粗略的估算。接下来,我们讨论地球的年龄。获取地球的年龄的最简单的方法是通过放射性同位素方法测定地球上最古老的岩石的年龄,这种方法由物理学家卢瑟福在20世纪初期首创。

前面已经讲到,大自然中有一种叫做铀的放射性元素,它们的原子核必须在超新星爆发的过程中产生。在这些铀原子核被产生出来之后,它们会通过一系列的衰变过程,最终衰变成稳定的元素铅的原子核。因此,大自然中的铀的含量会不断地减少,而铅的含量则会不断地增加。利用这个特点,我们可以精确地测量一块岩石的形成年代。

火山爆发将地幔物质带到地面
在地球的内部,形成岩石的物质处于熔融状态,岩浆中的物质会四处流动,通过衰变产生的铅不会积累起来。但是,当含有铀的岩浆上升到地表附近冷却下来形成岩石之后,产生出来的铅就会不断地积累起来。于是,测量一块岩石中铀和铅的含量比例,就可以计算出这块岩石的形成年代。
对地球上各种岩石利用放射性同位素方法进行测定的结果表明,最古老的岩石的年龄大约是25亿年。由于地球的表面在经历了漫长的年代之后有了巨大的变化,因此,已经很难找到更古老的岩石了。不过,地球的年龄肯定比这个数字要大很多。
南非东部巴伯顿绿岩带的玛空瓦山脉
20世纪初,一位名叫亚伦·霍尔的地质学家受南非政府委托到巴伯顿山地为勘探黄金绘制地图。他在调查的过程中发现,在这个地区的岩石中找不到生物化石的痕迹,这显示该地区的形成年代可能比生命的诞生年代更早。70年代以来,地质学家对巴伯顿山地做了深入的研究。进入21世纪之后,研究结果逐渐趋于明朗化,到2016年,研究人员确证,这个地区确实是保存得最完好的最古老的大陆地壳,其中的岩石形成于大约25~40亿年前,当时,地球上第一块大陆刚刚开始形成。
2016年,地质学家在格陵兰岛发现了37亿年前的微生物化石的证据,这个数字的准确性仍然有待检验。考虑到地球形成之后应该有很长一段时期不会有生命存在,地球的年龄肯定比这个数字大。
为了确定地球的年龄,必须寻找其他途径。测定陨石的年龄是一个很好的方法。在太阳系中,除了几颗大行星和它们的卫星之外,还有众多的小天体和碎石块绕着太阳运行。当这些小天体运行到地球轨道附近并与地球相遇时,会被地球的引力吸引而进入大气层。这些高速运动的外来物与空气摩擦而发光发热,就形成了我们看到的流星。如果这些小物体足够大,还没有完全燃烧尽就掉到地面上,就形成陨石。陨石在与空气摩擦时产生高温,表面处于融化状态,掉落到地面上冷却后,融化的表面形成一层光滑的保护层,使内部物质免受地球环境的影响。因此,陨石的内部保留了它们当初形成时的信息。于是,测出陨石的年龄,也就确定了它们的形成年代。

之前已经讲过,太阳系内的天体大致上是在同一时期形成的。于是,确定了陨石的年龄,差不多也就确定了地球的年龄。科学家们对世界各地的陨石做了大量的研究,结果发现,无论这些陨石是哪个年代掉下来的,无论它们内部的物质成份是什么,测定的结果总是相当一致地接近一个明确的数字:所有陨石都是在大约45亿年前形成的。
于是,我们得出了这样一个结论:地球以及太阳系内的各种天体从诞生之日起到今天,已经经历了漫长的45亿年。

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