怎么知道地球的年龄(地球的年龄是如何测量的)

vbhYIYTMK89022024-03-29 16:40:19

一、地球的年龄是如何测量的

我们每个人都知道自己的年龄是多少,这是因为我们知道自己的过去,知道自己是怎么来的,所以说算自己的年龄非常简单,仅限于加减法。

那么我们要怎样知道一个物体存在了多久呢?而它的历史对你来说完全是陌生的。想要解决这个问题异常的困难。

尤其是人类从开始就十分好奇一个问题,自己生活的地球多大了?它存在了多久?在19世纪之前,人们关于地球年龄的问题完全是依靠与人类有关的历史去猜测。

如圣经年代学、自己民族的历法时间,最后猜出来的地球年龄要么只有数万年、要么只有几千年。

19世纪之后地质学和物理学的发展,让我们觉得以上的猜测完全与事实相去甚远。

首先地质学就告诉我们地球的年龄应该异常的古老,因为一个地质变迁沉积的过程异常的缓慢,要形成先进的地理地貌地球肯定是经历了一个人类无法想象的时间。

而第一个用科学手段,也就是将物理学应有在测量地球年龄的人是开尔文勋爵,它是热力学大师,所使用的方法肯定跟热有关。

他根据地球越往伸出越热这个现象,推测出地球刚出生的时候应该是一个温度均匀火球,是经历了漫长的时间冷却到现在的模样。

于是他构建了一个散热模型,推算出地球的年龄应该在2000万年到4亿年之间,当然这个推论并不准确。

原因在于地球并非是一个完美的、物质构成单一且均匀的大铁球,而是各个地层之间的厚度、物质构成完全不一样,因此各个地层的导热并不相同,所以说你无法对其构建一个完美的散射模型。

还有地球这个大火球最初的温度是多少?这个开尔文也是完全靠猜测。最后我们知道地球内部除了当初形成时有重力势能转化形成的热量外,一直还有放射性元素衰变在持续的为其供热。

以上的知识开尔文完全不知,因此他想通过地球散热来算地球年龄注定是失败的。

所以说人类想要测量地球的年龄还需另辟蹊径,至少在19世纪的时候时机还不成熟。因为我们还没有发现关键的物理学知识。

那就是核物理!也就是我们熟知的原子核的裂变、聚变以及放射性衰变。这些发现都是20世纪前半叶的成就。

而测量地球年龄所用到的关键点就是重元素的放射性衰变,人们发现比铅重的元素的原子核都是不稳定的,经过漫长的时间他们都会自行的、不受外界干扰的衰变到比自己更轻的元素。

所生成的轻一点的元素如果还不稳定,就会继续衰变,直到铅元素停止。而且最关键的点在于,元素在衰变的过程有一个固定的半衰期,也就是一堆放射性元素衰变一半的量所需要的时间。

掌握了以上的知识,人类就开始了对地球年龄的测算过程。

这就不得不提起一个人他叫克莱尔·帕特森,在二战的时候他以一名小研究生的身份参加了美国的曼哈顿计划,也就是核武器的研究。

原子弹所使用的裂变元素为铀235,但铀235在自然界中只占了铀储量的0.7%,大多是以铀238的形成存在占了99.27%。

所以就要从铀矿中提纯铀235,这个过程就是铀浓缩,十分困难,因此当时美国就召集了很多专家研究这件事,克莱尔·帕特森就是其中之一,在这里他第一次接收到了质谱仪。

这种仪器能够对矿物中元素的含量进行测定。

这为他后来测算地球年龄打下了基础。在二战结束以后克莱尔·帕特森回到了大学继续自己的学业,他的导师是哈里森·布朗。

哈里森·布朗在当时已经想到了如果测算地球年龄的方法,就是测量出在地球的历史中有多少的铀元素已经衰变到了铅元素,或者说有多少铅元素是由铀元素衰变来的,根据这个衰变的过程就能知道地球的年龄。

在这个问题中最关键的地方就在于地球诞生时原始的铅含量是多少?

哈里森·布朗决定把这个测量的任务交给克莱尔·帕特森,毕竟他对质谱仪了如指掌。

哈里森·布朗给了克莱尔·帕特森一小块锆石,并告诉他:你只要能测量出其中铀和铅的含量,你就是第一个知道地球年龄的人,这对你来说非常简单。

克莱尔·帕特森欣然答应了,但是令他没有想到的是,这个看似简单的测量却花费了他不下5年的时间,因为不管他每次测量的时候有多么谨慎、就算操作方法、环境都一样,但每次测量的铅含量都不一样。

克莱尔·帕特森意识到肯定是样品在测量的时候受到了污染,于是他对实验室各种清洗、密封都无济于事,还是摆脱不了不知来源的、无处不在铅污染。

最后他着手建造了人类历史上第一个无尘净室。其中的空气、设备都要进行过滤和清洗,实验试剂重新进行蒸馏提纯,穿着防护服、经过多道门才能进出实验室。

经过这个的努力,他终于准确的测出了锆石中铅的含量,每次的结果都是一致的。这个铅含量就是地球上目前平均铅含量。这其中包含了由铀元素衰变产生的铅。

因此我们必须知道地球初始诞生的时候有多少铅,才能知道铀衰变产生了多少铅。那么地球的初始铅从哪里找呢?

当然是和地球同一时期形成的铁陨石,这类陨石的前身其实就是一个小行星,他们和地球同一时期形成的,而且其中大部分是铁元素,铀元素的含量基本为零。

那么只要测量出铁陨石中铅的含量就能知道地球的初始铅含量。1953年克莱尔·帕特森获得了铁陨石样本,并在自己的无尘净室提取了其中的铅元素。

这样他就知道了地球上的铅有多少是由铀衰变产生的,并计算得出了地球的年龄大约为41到46亿年。

这个结果其实不算太准确,因为锆石毕竟是在地球上找到了,他经历过数亿年的地质变迁,其中的铅含量并不是非常的准确,并不能很好的代表地球现今的平均铅含量。

于是他又找来的石陨石,他也是跟地球在同一时期形成的,一直漂浮在太空中,没有被污染过,也没有经历过任何的地质变化,唯一变化的就是铀元素到铅的衰变。

测量其中的铅就能更好的代表地球先进的平均铅含量,最后克莱尔·帕特森测量出来的地球准确年龄为45.5±0.7亿年。

如他老师所说经过了漫长的7年时间,他成为了第一个知道地球年龄的人,他的目前是第二人,因为他得出结果以后非常的兴奋,首先就给自己的母亲打了电话告诉了她这个结果。

不过克莱尔·帕特森并没有就此止步,他回想起了自己在测定锆石的时候外界环境对实验严重的污染,这说明自然环境中存在着大量的铅。

铅对人来说是一直慢性的神经毒素,自然界不应该会存在这么高的铅含量。为了验证自己的想法,他测量的海水不同深度的铅含量,发现了一个惊人的事实,在地球历史上铅的含量非常低,这样的含量其实并不会污染自己的实验测量。

而目前空气中这么高的铅含量是近几十年才出现的,这说明人们几十年来一直受到了铅污染的毒害。

克莱尔·帕特森的这个发现,其实是上世纪危害人类最大环境污染问题,其根本原因是因为上世纪汽车工业的发展,为了解决发动机敲缸问题,米基利发明了一种汽油抗爆剂四乙基铅。

正是这种含铅物质的大量使用导致的几十年来大气中铅含量高的离谱,也造成了5年的时间他无法准确测量出锆石的铅含量。

克莱尔·帕特森在测量出地球年龄以后的20年间,啥事都没干,就跟当时的石油工业巨头们斗争,打官司,为了让别人信服自己的说法,证明地球历史上从来没有过这么多的铅污染。

他开启了自己的全球“旅行”,跑到各个地方测量地球历史上的铅水平,甚至是跑到南极挖出了地球历史上的冰心,做了测量,所有的证据都支持克莱尔·帕特森的说法。

最后在1980年代,终于是获得了胜利,含铅汽油被禁止,从那之后人们身体内的铅含量直接下降了几百倍。

所以说一次测量地球年龄的过程,无意中发现了人类历史上最为严重的环境污染问题,毫不夸张的说当时生活的人其实都是在慢性自杀。

如果克莱尔·帕特森测量完地球年龄以后,安于现状,开始享受成就和名声的话,而不继续追究当年造成测量误差的原因,那么关于米基利四乙基铅的阴谋估计只有到了全人类被毒害最深的时候才能被人察觉。

如果克莱尔·帕特森在与石油工业巨头争斗的20年间,他因为利益和好处而放弃坚持自己的科学素养的话,那么人类可能还会生活在铅的毒害中生活到21世纪,我们也难逃厄运。

所以说,我们应该为伟大的科学家克莱尔·帕特森致敬,并且铭记他为拯救之恩。

二、地球的年龄是如何测定的地球已经存在了多少年了

地球的年龄是通过海水盐分测年法测定的,地球已经存在了46亿年了。

1.海水中的盐是由于河流溶解了岩石中的矿物质,并将其带入海洋所致。换句话说,只要你知道海洋盐的总量和年平均变化,你就可以计算地球的年龄。除了地球出现得比海洋早之外,还有一些盐被海水带上岸,也就是说,海水盐分测试年法的误差实际上是非常大的。在布封时代,科学家们普遍认为地球最初是一个熔融的岩石球,然后慢慢冷却下来。换句话说,只要你知道地球的初始温度和冷却速度,你就可以计算出地球的寿命。

2.地球大陆的形成和生物学的进化是一个极其缓慢的过程,即使是当时的地质学家和生物学家也把这个缓慢的过程设定为无限长。毕竟,人类的寿命最长可达100多年。相比之下,人类无法想象在数亿年的天文数学时间尺度下,这是一个什么样的概念。由于地球内部有高温,地球的冷却模型可以通过热传导方程来建立,地球从早期的高温冷却到现在已经存在了多久。

3.科学家们发现,这种方法被称为放射性年代测定法,可以通过测量放射性衰变来计算岩石的年龄。1907年,美国化学家和物理学家博尔特伍德提出了铀-铅测定法。

4.经过多年的研究,科学家们得出了一个新的结论,即太阳辐射的热量增加,这意味着地球将过热,无法保持液体水。科罗拉多大学的科学家使用3D计算机模型来模拟不同因素对地球生活的影响。他们输入了三个海洋、陆地和空气变量,并获得了与以前不同的数字。以上就是对地球的年龄是如何测定的?地球已经存在了多少年了这个问题的解答。

三、地球的年龄已经有46亿年,我们是如何知道的

在人类诞生的几十亿年之前,太空中的小矿物粒子聚在一起,形成了一个熔岩球,而后变成了地球。但究竟那是什么时候发生的?这是困扰了专家学者多时的世纪难题。1650年,爱尔兰大主教詹姆斯.乌舍尔将圣经中所有先知与国王的年龄相加,他因此得出了非常“精确”的结论----地球诞生于公元前4004年10月23日周日前的黄昏。

一个世纪后,地质学家意识到地球表面厚厚的层积物和熔岩层肯定已有数百万年历史,绝非只有千年。有了新的突破,物理学家欧内斯特卢瑟福发现,通过测量放射性衰变可以精确地测定岩石的年龄。目前,世界各地的岩石样本经测定不止数百万,而是有数十亿年历史了,但在探究地球年龄的过程中,科学家们又遇到了困难。地球形成之初的岩石极度难找,如果你想像地质学家一样探究过去。想要寻找地球诞生之初的证据,这简直太难了,因为地球上有雨水的侵蚀,有板块构造和大陆漂移作用。这毁坏了地表,根本找不到那个年代的石头了。

美国地质学家CC.帕藤森尝试了新的办法。利用陨石,他知道,组成陨石的太空矿物粒子和组成地球的肯定是同一种,也就是说,它的诞生之日与地球相同。所以,如果他能测出陨石的年龄,他就能知道地球的真实年龄。

帕藤森来到亚利桑那的巴林杰陨石坑,寻找样本。砸出这巨坑的陨石,直径大约46米。它以惊人的速度,冲向地球。通常,太空物质是以16.1千米~24.1千米每秒的速度撞击并钻入地球,这会产生巨大的撞击力和冲击波,并引起大爆炸。陨石撞击地球的威力相当于两个百万吨的原子弹。爆炸中,陨石几乎都气化了,只有个别碎片保存了下来。科学家在陨石坑中找到了一块碎片,是一块纯铁。这奇妙的物质,曾经漂浮在太空中。

帕森特拿回去马上开始测定,结果被样品的测试结果震惊了,陨石已有惊人的四十五亿年历史了。这意味着,地球诞生于四十五亿年之前,帕藤森成功解开了困扰诸多科学家的世纪难题。传说,帕藤森对实验的结果又激动又兴奋,他以为是自己心脏病发作了,所以被送去了医院。实际上,他只是对这惊人的发现兴奋过头了。

现代的放射性年代鉴定技术令地球年龄的测定精度有了显著提升。最新研究表明,地球的年龄为四十五亿六千七百万年。

热门标签
    关注我们