全面的天文知识,让你全面的了解下地球的年龄

 安检门OEM定制     |      2016-01-10

我们的家-地球大约是在45.4亿年前诞生的,这是根据放射性定年法测量的结果。那个时候的地球是完全没有生命的,也不允许有生命生存的必备条件。初生的地球表面是由岩浆组成的“海洋”,像烈火一般。本文将为您简述下地球的年龄。

地球的年龄是45.4±0.05亿年(4.54×10的9次方岁±1%)。这个年龄可以代表地球吸积的年龄、地核形成的年龄或地球形成物质的年龄。这种定年是基于陨石材料的辐射定年(放射性定年法)证据,并且与已知的最古老的陆地和月球样品(月岩)的辐射定年相一致。

随着20世纪初辐射定年(放射性定年法)技术的发展,对富铀矿物中铅(铀铅测年法)的测量表明,有些矿物的年龄已经超过了10亿年。迄今为止所分析的最古老的此类矿物为——来自西澳大利亚州杰克山岗的锆石小晶体——至少已有44.04亿年的历史。在太阳系内形成的陨石中,已知最古老的固体成分为——富含钙铝的包裹体,已有45.67亿年的历史,为太阳系的年龄提供了一个下限值。

据推测,地球吸积是在富含钙铝的包裹体和陨石形成后不久开始的。由于这个吸积过程所花费的精确时间还不清楚,而且来自不同吸积模型的预测范围从几百万年到大约1亿年不等,所以很难确定地球的确切年龄。地球上暴露在表面的最古老的岩石的确切年龄也很难确定,因为它们可能是不同年龄的矿物集合体。

从阿波罗17号看到的地球,图:NASA/Apollo 17 crew; taken by either Harrison Schmitt or Ron Evans

对地层的研究,岩石和地球的分层,使自然主义者(博物学家)认识到地球在其存在期间可能经历了许多变化。这些层通常包含未知生物的化石残骸,从而就有了一些解释,比如有机体从一个层到另一个层的生物发展。

17世纪的尼古拉斯·斯坦诺(Nicolas Steno)是最早认识到化石遗迹与地层之间联系的自然学家之一。在他的观察之后需,他首先提出了重要的地层学概念(即“叠覆律”和“原始水平原理”)。18世纪90年代,威廉·史密斯(William Smith)假设如果两层大不相同的岩石中含有相似的化石,那么这些化石层就很可能是同一年代的。威廉·史密斯的侄子和学生约翰·菲利普斯后来用这种方式计算出地球大约有9600万年的历史。

在18世纪中叶,博物学家米哈伊尔·罗蒙诺索夫(Mikhail Lomonosov)认为,地球是与几十万年前宇宙的其余部分分开创造的。 罗蒙诺索夫的想法主要是推测性的。 1779年,布冯孔德(Comte du Buffon)试图通过实验获得地球年龄的有效值:他创造了一个类似地球的小型地球仪,然后测量其冷却速度。 然后他的估计是地球大约有75000年的历史。

其他博物学家也利用了这些假说来建构地球的历史,尽管他们的时间线并不精确,因为他们不知道铺设地层需要多长时间。1830年,地质学家查尔斯·莱尔(Charles Lyell)在詹姆斯·赫顿(James Hutton)的着作中发现了一些观点,推广了地球的特征在不断变化、侵蚀和改造的概念,以及这种变化的速度大致是恒定的。这是对传统观点的挑战,传统观点认为地球历史是静态的,随着间歇性灾难带来的变化。

1862年,物理学家第一代开尔文男爵威廉·汤姆森(William Thomson, 1st Baron Kelvin)发表了一项计算,将地球年龄定在2000万至4亿年之间。他假设地球已经形成为一个完全熔融的物体,并确定了近地表冷却到目前温度所需的时间。他的计算并未考虑放射性衰变产生的热量(科学界未知的过程),或更重要的是,地球内部的对流,这使得更多的热量从内部逃逸到地表附近的温暖岩石中。更受限制的是开尔文对太阳年龄的估计,它基于对太阳热输出的估计和太阳从引力坍缩中获得能量的理论;开尔文估计太阳大约有2000万年的历史。

像查尔斯莱尔这样的地质学家是很难接受地球有这么短的年龄的。 对于生物学家来说,即使是1亿年也似乎太短暂了,所以这样的年龄是不合理的。 在达尔文的进化论中,随机遗传变异与累积选择的过程需要很长的时间。 (根据现代生物学,从生命开始到今天的总体进化历史发生在自35至38亿年前,即自地质年代所示的所有生物体的最后一个普遍祖先以来所经过的时间。

在1869年的一次演讲中,达尔文的伟大倡导者托马斯·亨利·赫胥黎(Thomas H. Huxley)抨击了汤姆森的计算,他认为这些计算本身似乎很精确,但是都是基于了错误的假设。物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)(1856年)和天文学家西蒙·紐康(Simon Newcomb)(1892年)分别用他们自己的2200万年和1800万年的计算对这场争论作出了贡献:他们独立地计算了太阳从其诞生的气体和尘埃星云凝聚到其当前直径和亮度所需的时间。他们的标准估值与汤姆森的计算一致。然而,他们认为太阳只是从其引力收缩的热量中发光。太阳核聚变的过程还不为科学所知。

1895年,约翰·佩里(John Perry)根据开尔文的电导率假设,对开尔文的数字提出质疑。其他科学家支持汤姆森的数据。 查尔斯·达尔文的儿子,天文学家乔治·达尔文(George H. Darwin)提出,地球和月球在它们融化的早期就已经开始分裂了。 他计算了潮汐摩擦为地球提供当前24小时所需的时间。他的故值为5600万年,这增加了更多有力的证据表明汤姆森是正确的。

汤姆森在1897年给出的最后估计是:“它已经有2000多万年的历史了,单还不到4000万年,可能更接近于2000多万年。”在1899年和1900年,約翰·喬利(John Joly)计算了海洋在侵蚀过程中积累盐的速率,并确定海洋大约有8千万到1亿年的历史。