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这些年我们是如何计算地球年龄的

时间:2019-04-20 12:53来源: 作者:admin 点击: 26 次
这些年我们是如何计算地球年龄的 “地球的年龄是多少?”在400年前的欧洲,爱尔兰人詹姆斯·乌雪是这个问题的公认权威。有趣的是,他并非是一位科学家,而是一名大主教。因为在科学革命之前,“地球的年龄”问题是与创世神话联系在一起的,因此,“地球的年龄是多少?”最开始是一个神学问题而非科学问题。詹姆斯·乌

这些年我们是若何计算地球年纪的

“地球的年纪是若干?”在400年前的欧洲,爱尔兰人詹姆斯·乌雪是这个问题的公认权势巨子。有趣的是,他并非是一位科学家,而是一名大年夜主教。由于在科学革命之前,“地球的年纪”问题是与创世神话联系在一路的,是以,“地球的年纪是若干?”最开始是一个神学问题而非科学问题。

詹姆斯·乌雪担负过全爱尔兰天主教会的大年夜主教,但对科学充溢兴趣。他采纳圣经年谱学的法子,把圣经上纪录的重大年夜历史事故根据光阴挨次依次摆列出来,同时他还查阅了很多非基督教古代历史文献,将与圣经上纪录相同的事故逐一标识表记标帜年份。颠末反复的比对和摒挡,乌雪在他1645年出版的著作《乌雪年表》中,按照当时风行的儒略历推算,觉得全部天下被上帝创造于公元前4004年10月22日下昼6时。

在启蒙运动之后,基督教的权势巨子已经风雨飘摇了,后来的学者们纷繁采纳加倍科学的法子来推算地球的年纪。法国博物学家布丰登集到了很多史前古生归天石,按照这些化石的年份,布丰推想地球的年纪跨越7万5000年。英国地质学家赫顿则提出了“均变论”,觉得地球演化是一个繁杂漫长的历程,而我们只能解释和阐发每个地质时期的详细厘革,然则无法推想起程点和终点。这种地质渐变论的不雅点后来被赖尔发扬光大年夜,成为了当时的主流不雅点。同为博物学家的达尔文推想一些地质厘革的历程至少要颠末三亿年,而地球的真实年纪说不定弘远年夜于此。

当博物学家和地质学家们束手无策的时刻,解答这个问题的重担落到了物理学家身上。19世纪50年代,由德国物理学家克劳修斯与英国物理学家开尔文勋爵别离提出的热力学第二定律已经成为了学界的共识。按照热力学第二定律,地球、太阳甚至全部宇宙都处在一种热量耗散的历程中。根据这个理论,地球在出生之初是一个高热量的岩浆球,其温度跟着光阴不竭低落,直到将热量完全耗散掉落变得彻底酷寒逝世寂。这样一来,只要我们知道了地球的初始温度(也等于岩浆的温度)、岩层的导热系数以及地温梯度,我们就能按照公式计算出地球的年纪。

开尔文在1862年揭橥了一篇名为《论地球的迟钝冷却》的文章,他将岩浆的温度设定为3870℃(实际上应该是700℃—1200℃),然后估算了导热系数与地温梯度的匀称值。开尔文终极计算结果是9800万年,斟酌到估算带来的偏差,他提出地球的年纪大年夜致在2000万年到4亿年之间。经由过程不竭精确参数,开尔文在之后的几十年中不竭地修订自己的计算结果,在1897年,他终极确定地球的年纪应该是2400万年。

根据当时已知的物理学理论,开尔文的计算法子是不成摆荡的。不单地质学家们无法辩驳开尔文的不雅点,就连像达尔文这样伟大年夜的博物学家也一度狐疑自己提出的物种演化理论。然则,开尔文的计算法子是建立在两个基础假设之上的。第一,地球内部没有其他热量源头。第二,地球内部是一个均质的固体。只要这两个假设是成立的,那么开尔文的计算法子等于无懈可击的。

科学史上很多伟大年夜的发明都来自于意外。1896年,法国物理学家贝克勒尔意外埠发明铀盐能够让包在厚黑纸中的底片感光,证实铀能发射出一种有穿透性的射线,这是人类第一次不雅测到了放射性征象。在两年之后,闻名的皮埃尔·居里和玛丽·居里夫妻从沥青铀矿提炼出了两种新的放射性的元素钋和镭,而在1903年,居里夫妻进一步检测到了镭元素在放射历程中会不竭孕育发生热量。与此同时,进入20世纪之后,科学家们经由过程钻研地震崎岖射征象发清楚明了地球内部并非均质的固体,而是分成地壳、地幔和地心。至此,开尔文计算地球年纪的两个假设整个被证伪了。

历史性的转动发生在1904年。年逾八旬的开尔文勋爵参加了一场由英国皇家学会举办的物理学会议,早已成为物理学界权势巨子的他受到了一位年轻物理学者的挑衅,而这位挑衅者恰是开尔文暮年最自得的门生——当时年仅33岁的卢瑟福。卢瑟福在会议上作了关于放射性增温对估算地球年纪影响的申报,觉得地球内部的放射性元素所孕育发生的热量能够平衡地球自身的冷却。这一对师生代表了世纪之初发生的两种范式之间的交代,卢瑟福的钻研从学理上推翻了开尔文的计算法子,为后来者们开发了一种新的法子,即经由过程测定放射性元素的衰变历程来确定地球的年纪。在1907年,美国化学家博尔特伍德觉得铅是铀放射衰变的终极产物,提出了“铀—铅测定法子”。在同位素被发明之后,这种法子被科学家们进一步优化,由于铀235和铀238会别离衰变为铅207和铅206,以是在理论上,只要我们知道一块岩石中铅和铀的比例,我们就可以计算出岩石的年纪。

于是,治理问题的要害变成了探求到和地球同时形成的岩石。地表上的岩石都经历过繁杂的地质运动,而陨石来自于太阳中的小行星,这些小行星是和地球在同一光阴形成的。在各类各样的陨石之中,陨铁的含铀量极低,这就意味着,铀衰变孕育发生的铅微乎其微。因而,陨铁中的铅铀比例就与地球形成之初的比例近乎相等。美国地球化学家克莱尔·帕特森终极经由过程将陨铁中的铅铀比例设定为初始值,将地球岩石中匀称的铅铀比例设定为终极值,计算得出地球的年纪在41亿—46亿年之间。不断改进的帕特森对自己的丈量结果仍然不知足,他又找来另一种和陨铁性子近乎相反的石质陨石,即初始含铅量极低,此中的铅都是由铀衰变而来。综合两个测定结果,帕特森在1956年终极得出地球的年纪为45.5±0.7亿年。

科学钻研终于告一段落,但故事并没有停止。在帕特森钻研地球外面铅漫衍的时刻,他惊人地发明,进入20世纪之后的自然界中的铅浓度增添速率陡然提升,远远高于以前几十亿年的积累速率。人类工业污染,分外是化石燃料的燃烧是这些铅的主要源头。意识到这点之后,帕特森将后半生的主要精力都投入到了情况卵翼奇迹中。对付全部宇宙来说,地球只是漂浮在宇宙中的一颗细小行星,然则对付人类来说,地球是我们赖以为生的家园。每年的4月22日是天下地球日,这是一个为情况卵翼而设立的节日。科学理论能够计算地球这颗行星的年纪,然则作为我们家园的地球须要人类用爱和良知来守护。

(责编:刘婧婷、熊旭)

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