首页   

人类是如何知道地球有 45 亿年的?

知乎日报  · 问答  · 1 周前

正文

点击上方卡片关注👆

我们常听说地球有 45 亿年的历史,这个数字是怎么来的?科学家是通过什么方法确定地球的年龄呢?一起来看中国科学院大学理学博士、答主 @黄河边儿 和答主@申宏宇的回答吧。




人类是如何知道地球有 45 亿年?


| 答主:黄河边儿

根据锆石知道的。

下面这颗锆石是在澳大利亚发现的,其形成年代可确定为 43.74 亿年。

锆石之所以可以用来确定地球的年龄,主要是因为锆石在形成的时候,很容易将铀整合到其晶格中,同时锆石具有很强的排斥铅的特性。

由于这种特性,新生长的锆石晶体中不会发现任何铅元素。

然而,有趣的是:一旦锆石晶体形成,任何已经存在于锆石晶体中的铀都可以通过放射性衰变,而自然地衰变为铅,铅又是一种稳定的元素,所以铅一旦形成,它就被固定在锆石中。即:铀-238 经历 α 衰变,变成 Th-234。Th-234 也会经历一系列 α 和 β 衰变,最终变成铅-206(Pb-206),这是稳定的铅同位素。

根据尚未衰变的铀与通过铀衰变形成铅的比率,结合铀同位素的衰变率,就能计算出这种特殊的锆石晶体是在多久前形成的。

人类也是据此原理,测量古老的岩石的年龄。测量地球的年龄有一个假设,即认为很多陨石实际上是太阳系早期保留下来的行星建筑材料,因此保留着原始的化学结构。

而绝大多数陨石的来源是散布在太阳系当中的小行星。而太阳、八大行星和小行星是几乎在同一时间形成的。产生陨石的小行星由于体积小在形成后快速冷却,运行几亿或几十亿年后,机缘巧合坠落到地球上。 基于此,在地球上能找到的最古老的陨石与地球大约在同一时间形成,通过测定陨石的年代可以得出地球的年龄。

所以,大自然真的很神奇,他把真相封存起来,但又留给人类以线索。




|  答主:申宏宇

这是一段有趣的故事。

美国的一位地质学家,名字叫克莱尔·卡梅伦·帕特森,他在 1956 年通过铀铅测年法计算出地球的年龄为 45.5±0.7 亿年。

克莱尔帕特森一开始参与的是原子弹的研发工作,他作为一名平平无奇的研究员,每天在实验室里苦哈哈的分离铀元素。

当原子弹爆炸成功之后,帕特森顺利硕士毕业,开始攻读博士学位,他的新课题就是研究地球的年龄。

帕特森发现,富含放射性元素的矿石实际上就记录着地球的时间,比如铀 238 经过 14 次衰变,会变成稳定的铅。

在众多矿石里锆石最合适,因为锆石在生成之时会含有少量的铀,但是绝对没有铅。

帕特森的任务就是计算锆石里面铅的含量,另一位研究员负责计算铀的含量,将两者的计算结果分析之后就能得知地球的年龄了。

可蹊跷的事来了,同事手中铀的测量结果非常好,与预期值相符,但是帕特森铅的测量结果却和预期值相差甚远,实际测量结果比计算出来的高出一千多倍,而且每次测量的结果都不相同。

帕特森认为肯定有其他污染源影响了铅的测量结果,于是他在此后的五年里多次重复试验,不停地清洁实验室的桌面和墙面,并且进出实验室都会严格穿戴防护服,可最后测量出来的误差总是特别大。

这种情况就好像是实验室中飘着一个看不见的幽灵,随心所欲地更改着实验结果,如果他看过三体,可能已经在高呼「物理学不存在了」,不过那时三体还没出版。

帕特森非常有毅力,如此玄学的实验结果也引起了他的好胜心,因此他向导师申请,单独建立一个完全密闭的实验室,并且安装独立的空气循环系统。

导师同意了他的申请,他们一同去了加州理工大学,七年后帕特森终于把无尘实验室搭建好了,成功得出了锆石中铅的含量,从而计算出来地球的年龄为 45.5 亿年。



科学的探索永不止步。随着科技的不断进步,我们或许会发现更精确的方法来测定地球年龄,也可能会对地球的起源和演化有全新的认识。

答主@忘忧草 回答「在地质学中,铀铅测年是最常用的测年方法之一,这种方法所能测量的时间范围大约在 100 万 ~ 45 亿年之间。」

答主 @戈多来临 总结了四种测算地球年龄的方法,分别是:放射性定年、地球岩石的年龄、陨石的年龄与天文学观测。




点击【阅读原文】,看更多精彩回答吧!


题图来源:《地球脉动》


知乎热门文章


为什么人在做梦时不会怀疑梦境里的不合理之处?


为什么恐怖片总爱用童谣 BGM ?


有哪些生物学上的事实,没有一定生物学知识的人不会相信?



本文内容来自「知乎」
点击上方卡片关注
转载请联系原作者



👇点击【阅读原文】,看更多精彩回答




觉得不错就点点「点赞」「转发」「推荐」



© 2024 精读
删除内容请联系邮箱 2879853325@qq.com