众所周知,目前已知的最早的有智慧的古人类是尼安德特人,他们生活在距今二、三十万年,也就是说人类在地球上也就只有二、三十万年的历史。那么,我们生活的地球年龄有多大呢?古往今来,这个话题引起了无数人的竞相追逐,也成为科学界长期探索的焦点之一。
为了回答这个问题,科学家们曾经想过许多方法,比如“海洋积淀”、“熔盐输送”、“宇宙膨胀”等方法。但遗憾的是,这些方法最终得出来的数据从几千万年到几十亿年甚至是上百亿年,彼此间相差很大,未能够相对精确地确定地球的真实年龄(这里我们所说的年龄,是指地球的天文年龄,也就是指地球开始形成到现在的时间,这个时间同地球起源的假说有密切关系)。
直至20世纪初,新西兰物理学家恩斯特·卢瑟福在1904年的一次学术演讲中,首次提出运用放射性物质作为时钟来确定地球年龄的科学方法,“同位素地质测定法”的提出就此确定了未来半个世纪测定地球年龄的科学方向。
1947年,德国荷兰裔物理学家弗里茨·豪特曼斯和美国化学家哈里森·布朗分别提出了铁陨石法测定地球年龄。他们指出,在铁陨石内不含铀元素,假设铁陨石与地球形成与同一时期,铁陨石中所含同位素铅的总含量,以及各种不同同位素铅的比例应当保持不变,因此,只要将地球上的铁陨石同位素铅的比例测量出来,就可以准确地确定地球年龄的起点。
找到地球时钟的起点后,接下来要做的就是找到适合的地球时钟。美国地质化学家克雷尔·帕特森等人在美国亚利桑那州阿布罗峡谷发现一个大陨石坑,并在那里寻到一块铁陨石。经过反复的精密化验,终于发现铀-铅时钟的零点年份,即为原始同位素成分,然后,与其他含有同位素铅的现代时钟相比较,并最终确定地球的年龄为45.1亿年,而利用年轻火山石确定的地球年龄为45.6亿年。
1956年10月6日,帕特森将这一重大的发现公布在杂志《科学导引》上。与此同时,另一位科学家豪特曼斯也采用同样的铁陨石法,获得了几乎相同的结果,并将成果发表在意大利杂志《新实验》上。两位科学家确定的地球年龄均约为45-46亿年间,这个研究结果获得科学界的广泛认可和承认。
至此,关于地球的一个大秘密终于被揭晓,这种利用放射性确定“时钟”的方法,将地球与外太空间接联系起来,从而开创了人类认识宇宙世界的新纪元。
时至今日,人们已经普遍认为地球年龄应该在46亿年左右。然而,这是依靠间接证据推测出来的。事实上,至今人们仍未能在地球自身上发现确凿的证据,来证明地球已经活了46亿年。因此,地球年龄的精确确定仍有待进一步研究。
我们赖以生存的地球(图片来源于网络)
科学小讲堂
同位素地质学(Isotope Geology):利用放射性同位素的衰变规律,稳定同位素的丰度变化,来研究地壳发展和地质体形成的历史,以及在不同地质作用下地球物质的迁移过程的这一学科称为同位素地质学。同位素地质学的一个重要用途是用以确定地层、岩石的形成时间。
同位素地质学是地球科学、物理学、化学和技术科学相互交叉发展起来的一门新兴学科,是地质学的一个新的分支。半个世纪以来,同位素地质学获得了迅速发展,渗透到地质学、地球化学的各个方面,对解决一系列重大基础地学问题发挥了关键性的作用。它是地球科学定量化的重要标志,是“数字地球”的重要组成部分。
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