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科学家说地球年龄有45亿年他们是如何知道的呢?

发布时间:2019-06-17 23:33 来源:未知 编辑:admin

  通过测量陨石中铅207和铅206的含量,对比原始铅的同位素含量,就能得到地球年龄大致为45.5亿年。

  关于地球年龄的估计,古人可谓绞尽脑汁,各种神话传说、上帝创世、盘古开天地等等,得到的结果从几千年到几万年,和地球的真实年龄相差甚远。

  真正首次利用物理学方法,来计算地球年龄的,是大名鼎鼎的开尔文爵士(1824~1907年)——热力学温标的创立者、热力学第二定律的提出者。

  20世纪前夕,欧洲几乎所有的著名物理学家汇聚一堂,一同欢庆经典物理学的辉煌大厦已经建成,当其他物理学家在台上致贺词时,开尔文爵士却专注于自己纸上,原来开尔文还在琢磨,他那地球冷却模型的计算。

  炼钢厂数据告诉他,岩石的热化温度大约4140K,然后他根据岩石的传热系数和热辐射定律,一通复杂的计算和修正后,他算出熔融岩石冷却成现今的地球,大概需要9800万年的时间。

  直到该他上台演讲,他的计算过程才被打断,台上他说了物理学史中那段著名的话:“动力学理论解释了热和光是运动的两种形式,可是现在,美丽而晴朗的天空中,却被两朵乌云笼罩…一是…”。

  作为一名有着极高地位的物理学家,开尔文爵士当然不会粗心地,就公布他计算出来的地球年龄,他经过反计算与修正后,在论文中给出这样的结论:我们有很大概率地说,地球年龄应该在2000万~4亿年之间。

  这结果和实际还是相差了十多倍,但是相比于以往的圣经推算、历法推算、神话传说等等,还是有了极大的进步。

  开尔文的冷却模型,有着致命缺点:一个是他把目前的地球,假想成均匀的坚硬球体,实际上地球中心是高温熔岩;二是他只考虑纯热力学问题,实际上地球内部元素的衰变,给地球内部提供了大量能量。

  真正第一次计算出地球年龄的,是美国的一位研究生克莱尔·帕特森,在1956年通过铀元素衰变为铅元素的同位素含量测定法得到。

  (3)铅的两种同位素,在自然界中的含量之比是固定值,在太阳系形成之初就确定了,本质上就是太阳系之前的超新星爆炸留下的;

  于是,我们要测量一块石头的年龄,需要测量当前石头中,铀和铅的同位素含量(主要用到同位素含量的比值),然后对比最初岩石中铅的含量,就可以计算出铀的衰变时间,也就是这块石头的年龄,原理就这么简单。

  实际上测量过程并不容易,克莱尔·帕特森前后花了七年的时间,才找到合适样本与测量技术,方法如下:

  (1)有一种铁陨石,内部铅含量远远高于铀含量,于是铁陨石中铅-207和铅-206的含量之比,可以作为铅元素的原始比例;

  (2)又找到一块石质陨石,石质陨石的特点就是铀含量远远高于铅含量,可以认为其中的铅元素全部来自于铀的衰变,然后测量其中铅的同位素含量之比;

  需要的数据都得到了,然后把几个数据一拟合,就得到一条等时线,其中石质陨石的落点,正是我们测量的地球年龄。

  克莱尔·帕特森得到的结果是45.5±0.7亿年,这个数据也被后来的其他测定方法所证实;于是,克莱尔·帕特森成为公认的,第一位测量出地球真实年龄的科学家!

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