寻找测算地球年龄的“钟”

作者: 达寒

你知道地球的年龄吗?你知道地球的诞生时间吗?

科学界认为:只有找到了一个自然计时器,找到一只地球诞生伊始就开始走时的“钟”,才能测定地球的年龄。

不准确的“盐钟”、“热钟”

测得地球年龄不足1亿岁

为了测定地球的年龄,早在1715年前,科学家们就开始寻找各种各样的“钟”。在科学史上最有名的就数“盐钟”和“热钟”。但是,“盐钟”测得地球只有1亿岁。而“热钟”虽然为多数人所接受,但以达尔文为首的一批生物学家提出了异议。

以哈雷彗星而享盛名的英国天文学家埃德蒙·哈雷早在1715年就提出,海洋可能是测算地球年龄的一个“钟”。他认为:海洋中的咸水原本是淡水,由于陆地上盐分,经过极漫长的时间,通过河流冲入大海,使海水变成了咸水。如果有人能够测量出海水变咸的速度,再根据海水的浓度倒推计算确定出海洋的年龄,就可确定地球的年龄了。

不过,哈雷从来没有进行过他所提出的这种测算。即便他曾经试过,海水咸度的变化也太细微了,用他所提出的方法是无法测出地球年龄的。而且,他的想法包含一个致命的缺陷,因为被冲刷到海洋中的盐并不是总呆在那儿不再变化,它可能被埋在沉积物中,或随着海浪重返陆地。

哈雷的“盐钟”被搁置了很长一段时间,直到后来有些科学家根据他所提出的理论进行了估算,得到地球的年龄不到1亿岁。

1687年,牛顿观测到,一团熔化的岩石或者金属会以可预测的速度冷却,其冷却的速度取决于其直径。因此,有些科学家认为,由于地球的直径已知,它的内部温度可以通过测量地底下的温泉和深层矿藏的温度就可以估计出来,这样通过计算地球熔岩开始冷却的时间就能测算出地球的年龄了,这就是所谓的“热钟”的由来。

19世纪,科学家第一次尝试用“热钟”计算,得出地球年龄是7. 5万年。但是,许多科学家却认为,这个数字似乎太小了。地质学家指出,诸如阿尔卑斯山这样的山脉内部有厚度极大的沉积物层。这些沉积物慢慢地在古代海洋中聚集,然后由于地形变化而隆起形成山脉。这一过程显然很费时间,7. 5万年远远不够。

直到本世纪初,人们才知道,与“盐钟”一样,“热钟”也低估了地球的年龄。“热钟”的一个明显缺陷,就是地球热量不仅仅存在散失现象,地球的内部还存在有放射性能源,地球的热量是不断得到补充的。

准确、可靠的“自然钟”——“双钟”测定地球正步入中年(45. 5亿年)

20世纪初,物理学家首次用岩石的放射性成分确定地球岩石年代的尝试获得成功。但是,其测定结果却难以让人相信。因为用这种方法测定地球的年龄不是以百万年计而是以10亿年计。当时人们对放射性现象的了解甚少,几位著名的地质学家公开表示反对,他们想知道物理学家这次是不是又错了。

不!这次是物理学家对了。利用放射性元素及其衰变物的含量比测定岩石的年代,即放射性测定年代法,是物理学最具划时代意义的贡献之一。

据放射性年代测算法测算,地球上(从加拿大到格陵兰岛)已知的最古老岩石大约有39亿年的历史。但是他们不可能都是原始地球的遗物,因为地球是个不断变化的星球,原先的地壳岩石因为造山运动而被压碎或熔化了,或者风蚀而成为尘土。许多这样的岩石是诸如沙岩之列的陈迹岩,其中所含的沙粒显然是从更古老的岩石上侵蚀风化下来的。最古老的矿砂年龄为40亿年多一点儿。

这就是地球的年龄吗?还不是,因为在我们太阳系的其他地方已经发现了更古老的岩石,众所周知,整个太阳系是同时形成的。地球的原始外壳似乎被整个摧毁了。

从宇宙空间找到的证据在很大程度上填补了这个差距。当由尘埃和气体组成的一团旋转云凝聚形成太阳系时,地球、月亮、行星和小行星也大约在同一时间形成了。由于月亮和小行星比地球小得多,它们含有的热量不够多,无法使其内部保持熔化状态,因而毁灭性的造山运动无法形成。因此,地质学家猜测,在这些小星体上可能存在原始岩石。

果然,对“阿波罗”号宇航员带回的月亮岩石进行年代测定后发现,这些岩石非常非常古老,最老的岩石大约已有45亿年了。

所以,来自地球外的证据表明,太阳系的年龄大约为45亿年。

来自地球本身的证据如何呢?有没有可能从地球上取样来测定和估算其年龄?答案已经找到了。地球上某些矿砂和深海沉积物中的铅也由同位素构成,它的年龄与整个地球的年龄相当接近。当用“双钟”法(铅—铅法)对这些物质进行放射性年代测定时,测得地球年龄为45. 5亿年,是目前的最优估计值。

对地球、月球和小行星的年龄测算都表明,这个世界已有45亿年历史(也许还得再加4000万年)。天文学家估计,像太阳这样的恒星大约有100亿年寿命。因此,命运与太阳紧密相关的地球正在步入它的中年。