地球年龄的探索与争议
不同阶段的地球年龄推测
在探索地球年龄的历程中,不同时期的科学家给出了不同的答案。
早期粗略估算:18世纪70年代,法国人乔治 - 路易·勒克莱尔通过模拟地球的散热方式,利用总的散热量来推算地球的年龄,得出地球的年龄在7.5万 - 16.8万年之间,但这与如今认知的地球年龄相差甚远。
开尔文勋爵的计算:1862年,物理学家威廉·汤姆逊(开尔文勋爵)基于对地球从熔融状态冷却所需时间的计算,得出地球的年龄在2000万年到4亿年之间;后来他又根据地温梯度推导出一个地球散热模型,计算出地球年龄在9800万年至4亿年之间。不过,这个结果未得到地质学家和生物学家的认同,他们认为时间太短。
现代科学测定:目前科学界普遍认为地球年龄是45.5亿岁。美国地质学家、地球化学家克莱尔·卡梅伦·帕特森在1956年公布研究成果,得出地球年龄是45.5 ± 0.7亿岁。该结论是基于铀铅测年法,他利用美国亚利桑那州巴林杰陨石坑的陨石样本,通过测量样本中铅和铀的含量,并获取样本形成时的初始值,计算出地球年龄。
引发争议的原因
不同领域的科学家对地球年龄的看法存在争议,主要源于不同的研究视角和方法。
研究视角差异:地质学家从地球的地质活动和地貌变迁角度出发,认为地球经历了漫长的地质演化过程,如火山爆发、地震、洪水等作用塑造了如今的地球面貌,这些过程需要极其漫长的时间。生物学家则从生物演化的角度考虑,地球上的生命从简单到复杂的演化是一个漫长的过程,现有的生物多样性和演化历程需要足够长的时间来实现。而物理学家开尔文勋爵主要基于热力学原理,通过地球散热模型来计算地球年龄,没有充分考虑地球内部复杂的地质活动和能量来源等因素,导致计算结果与地质学家和生物学家的认知不一致。
测量方法局限:早期的测量方法不够科学和完善,例如开尔文勋爵的计算未考虑到地球内部的放射性热源,使得计算出的地球年龄不准确。而现代的铀铅测年法虽然较为科学,但在应用过程中也面临一些难题,如很难找到地球形成时的样本,且确定样本形成时的初始数据并非易事。
现代测定地球年龄的科学方法
目前最科学的测定地球年龄的方法是放射性定年法,具体通过热电离质谱仪进行测量。
原理:放射性同位素在可预测的时间内分解,岩石中的放射性元素(如铀235和铀238)会按照固定的概率发生一系列的衰变,并最终生成铅。通过分析样品中不同同位素(如铅和铀)的比例,从而进行年龄的推算。
应用:科学家在加拿大北部发现了40.3亿年前的岩石,在澳大利亚发现了43亿年前的矿物,通过分析人类登月收集的月球岩石,发现这些岩石的年龄大约在44亿 - 45亿年之间。这些都为确定地球年龄提供了重要依据