正在阅读:这些年我们是如何计算地球年龄的?科普贴请查收
首页> 国际频道> 国际要闻 > 正文

这些年我们是如何计算地球年龄的?科普贴请查收

来源:科技日报2019-04-19 08:54

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  “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·乌雪担任过全爱尔兰天主教会的大主教,但对科学充满兴趣。他采用圣经年谱学的方法,把圣经上记载的重大历史事件按照时间顺序依次排列出来,同时他还查阅了很多非基督教古代历史文献,将与圣经上记载相同的事件一一标记年份。经过反复的比对和整理,乌雪在他1645年出版的著作《乌雪年表》中,根据当时流行的儒略历推算,认为整个世界被上帝创造于公元前4004年10月22日下午6时。

  在启蒙运动之后,基督教的权威已经摇摇欲坠了,后来的学者们纷纷采用更加科学的方法来推算地球的年龄。法国博物学家布丰收集到了很多史前古生物化石,根据这些化石的年份,布丰推测地球的年龄超过7万5000年。英国地质学家赫顿则提出了“均变论”,认为地球演化是一个复杂漫长的过程,而我们只能解释和分析每个地质时期的具体变化,但是无法推测起点和终点。这种地质渐变论的观点后来被赖尔发扬光大,成为了当时的主流观点。同为博物学家的达尔文推测一些地质变化的过程至少要经过三亿年,而地球的真实年龄说不定远大于此。

  当博物学家和地质学家们束手无策的时候,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分别提出的热力学第二定律已经成为了学界的共识。根据热力学第二定律,地球、太阳乃至整个宇宙都处在一种热量耗散的过程中。按照这个理论,地球在诞生之初是一个高热量的岩浆球,其温度随着时间不断降低,直到将热量完全耗散掉变得彻底冰冷死寂。这样一来,只要我们知道了地球的初始温度(也就是岩浆的温度)、岩层的导热系数以及地温梯度,我们就能根据公式计算出地球的年龄。

  开尔文在1862年发表了一篇名为《论地球的缓慢冷却》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平均值。开尔文最终计算结果是9800万年,考虑到估算带来的误差,他提出地球的年龄大致在2000万年到4亿年之间。通过不断精确参数,开尔文在之后的几十年中不断地修订自己的计算结果,在1897年,他最终确定地球的年龄应该是2400万年。

  按照当时已知的物理学理论,开尔文的计算方法是不可动摇的。不但地质学家们无法反驳开尔文的观点,就连像达尔文这样伟大的博物学家也一度怀疑自己提出的物种演化理论。但是,开尔文的计算方法是建立在两个基本假设之上的。第一,地球内部没有其他热量来源。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,那么开尔文的计算方法就是无懈可击的。

  科学史上很多伟大的发现都来自于意外。1896年,法国物理学家贝克勒尔意外地发现铀盐能够让包在厚黑纸中的底片感光,证明铀能发射出一种有穿透性的射线,这是人类第一次观测到了放射性现象。在两年之后,著名的皮埃尔·居里和玛丽·居里夫妇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,居里夫妇进一步检测到了镭元素在放射过程中会不断产生热量。与此同时,进入20世纪之后,科学家们通过研究地震波折射现象发现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,开尔文计算地球年龄的两个假设全部被证伪了。

  历史性的转折发生在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威的他受到了一位年轻物理学者的挑战,而这位挑战者正是开尔文晚年最得意的学生——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龄影响的报告,认为地球内部的放射性元素所产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接,卢瑟福的研究从学理上推翻了开尔文的计算方法,为后来者们开辟了一种新的方法,即通过测定放射性元素的衰变过程来确定地球的年龄。在1907年,美国化学家博尔特伍德认为铅是铀放射衰变的最终产物,提出了“铀—铅测定方法”。在同位素被发现之后,这种方法被科学家们进一步优化,因为铀235和铀238会分别衰变为铅207和铅206,所以在理论上,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龄。

  于是,解决问题的关键变成了寻找到和地球同时形成的岩石。地表上的岩石都经历过复杂的地质运动,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时间形成的。在各种各样的陨石之中,陨铁的含铀量极低,这就意味着,铀衰变产生的铅微乎其微。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·帕特森最终通过将陨铁中的铅铀比例设定为初始值,将地球岩石中平均的铅铀比例设定为最终值,计算得出地球的年龄在41亿—46亿年之间。精益求精的帕特森对自己的测量结果仍旧不满意,他又找来另一种和陨铁性质近乎相反的石质陨石,即初始含铅量极低,其中的铅都是由铀衰变而来。综合两个测定结果,帕特森在1956年最终得出地球的年龄为45.5±0.7亿年。

  科学研究终于告一段落,但故事并没有结束。在帕特森研究地球表面铅分布的时候,他惊人地发现,进入20世纪之后的自然界中的铅浓度增加速度陡然提升,远远高于过去几十亿年的积累速度。人类工业污染,特别是化石燃料的燃烧是这些铅的主要来源。意识到这点之后,帕特森将后半生的主要精力都投入到了环境保护事业中。对于整个宇宙来说,地球只是漂浮在宇宙中的一颗渺小行星,但是对于人类来说,地球是我们赖以为生的家园。每年的4月22日是世界地球日,这是一个为环境保护而设立的节日。科学理论能够计算地球这颗行星的年龄,但是作为我们家园的地球需要人类用爱和良知来守护。

[ 责编:李方舟 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平会见孟加拉国临时政府首席顾问尤努斯

  • 共赴科幻之旅——探访2025中国科幻大会

独家策划

推荐阅读
2025中关村论坛年会于3月27日至31日在北京举办,以“新质生产力与全球科技合作”为年度主题。其中将举办碳达峰碳中和科技、世界绿色设计等论坛,为新质生产力发展注入绿色动能。
2025-03-28 03:30
日前,我国自主研制的最大直径盾构机“沧渊号”成功下线,将承担世界最长公路水下盾构隧道——海太长江隧道工程左线掘进任务。大海古称“沧渊”,海太长江隧道横跨长江入海口,全长39.07公里,其中过江隧道长11.185公里,最大埋深超75米,计划于2028年建成。“沧渊号”开挖直径达16.66米,整机总长176米,总重量超5650吨,再创国产超大直径盾构机新纪录。
2025-03-28 04:00
3月27日,国家重大科技基础设施高能同步辐射光源HEPS正式宣布启动带光联调,这标志着HEPS装置建设进入冲刺阶段。HEPS是设计亮度世界最高的第四代同步辐射光源,也是我国第一台高能量同步辐射光源。截至2025年1月,经过多轮束流调试,HEPS储存环束流强度达到40毫安以上,发射度降低到93皮米弧度。
2025-03-28 04:00
3月27日,以“新质生产力与全球科技合作”为主题的2025中关村论坛年会在北京中关村国际创新中心拉开帷幕。来自100多个国家和地区的上千名嘉宾齐聚一堂,共议前沿科技趋势、共享创新思想、共谋发展机遇。
2025-03-28 03:30
近日,国家卫生健康委会同国家市场监督管理总局发布50项食品安全国家标准和9项标准修改单。截至目前,我国已累计发布食品安全国家标准1660项,包含2万多项指标,涵盖全部340余种食品类别。
2025-03-28 04:00
记者日前获悉,自去年10月全球洲际间断分布的5种崖柏属植物全部落户重庆市开州区崖柏国家林木种质资源库以来,科研团队已成功繁育崖柏实生苗30万株,崖柏扦插苗20万株,
2025-03-27 04:00
职业技能培训对劳动者提技增收、缓解就业矛盾意义重大。党中央、国务院高度重视职业技能培训工作,2024年印发《关于实施就业优先战略促进高质量充分就业的意见》,要求健全终身职业技能培训制度。
2025-03-27 05:10
长期以来,天气预报主要依赖于传统的数值天气预报模型。随着AI技术的突破,气象领域开始应用AI技术提高天气预报以及气候预测水平。2023年,《科学》杂志将“AI辅助天气预报的发展”评为世界科学十大进展,同年我国主导的AI大模型在精细化天气预报中的应用,更被评为中国科学十大进展之首。这些里程碑既展现了大气科学与AI融合的潜力,也为应对极端天气和防灾减灾创造了新机遇。
2025-03-27 05:10
当前,人工智能技术快速迭代并被应用到各行各业,从根本上改变着人类的生产生活。人工智能的发展越快,公众的期待与担忧越是急剧上升。如何平衡推进人工智能应用与治理,如何缩小科技发展带来的数字鸿沟,成为今年论坛上嘉宾热议的焦点之一。
2025-03-27 05:10
近日,国家互联网信息办公室、工业和信息化部、公安部、国家广播电视总局联合发布《人工智能生成合成内容标识办法》(以下简称《办法》)。《办法》聚焦人工智能“生成合成内容标识”关键点,通过标识提醒用户辨别虚假信息,明确相关服务主体的标识责任义务,规范内容制作、传播各环节标识行为,将于2025年9月1日起施行。如何让人工智能生成合成内容“亮明身份”,不再“真假难辨”?如何破解人工智能安全治理难题?记者就此进行了采访。
2025-03-27 05:10
当前,人口老龄化问题正在全球范围内加速蔓延,已经成为世界各国必须面对的共同挑战。世界卫生组织数据显示,预计2050年全球60岁以上人口数量将达21亿,其中包括4.26亿80岁以上的老年人。在养老领域,养老机器人不仅可以减轻社会和家庭照料老年人的负担,还可支持老年人享受高质量的居家生活,因此智能养老机器人正逐渐成为世界各国应对人口老龄化挑战的重要技术手段。
2025-03-27 05:10
目前,中国电信积极探索中央企业和国家科研院所的深度合作范式,打通基础研究和成果转化通道,推动量子技术产业化发展。
2025-03-26 10:28
至此,中国空间站舱外航天服已经圆满保障空间站任务以来的19次出舱活动,使用年限次数超出“3年15次”的寿命设计指标。
2025-03-26 10:27
中国人工智能大模型加速“出海”“出圈”,让更多澳大利亚华商和杨东东一样,开始将目光瞄准中国人工智能领域,积极寻找投资机会。
2025-03-26 10:27
随着生活水平的提高,人们的文旅需求正从“看山看水看风景”向“品文品魂品生活”转变。比如,逛博物馆,青铜器的精美纹饰固然能够吸引人的兴趣,但观众更希望了解青铜器纹饰背后的礼制密码;去故宫旅游,飞檐斗拱彰显的传统建筑之美固然让人欣喜,但榫卯结构背后的“天人合一”哲学更引人深思。山水器物背后的文化密码,具有一定的隐匿性,不易被直接观察和理解,而数智技术为游客了解这些文化密码提供了一把钥匙。
2025-03-26 04:45
记者从25日召开的中央企业“人工智能+”媒体通气会上获悉,近年来,国务院国资委持续深化中央企业“人工智能+”专项行动,着力提升中央企业在人工智能领域的竞争力。截至目前,中央企业在工业制造、能源电力、智能网联汽车等重点行业布局应用人工智能,科研、生产、客服等方面降本增效明显。
2025-03-26 04:45
25日,人类细胞谱系大科学研究设施(以下简称“细胞谱系设施”)在广东广州国际生物岛正式启动建设。这一设施是国家“十四五”重大科技基础设施,
2025-03-26 03:45
1956年,27岁的林皋带领年轻教师和同学们从零开始,通过自行设计制作的激振和测振仪器设备,在我国率先开展大坝抗震试验。
2025-03-25 09:10
2024年财政收入恢复性增长,比上年增长1.3%。在深入实施创新驱动发展战略,促进现代化产业体系加快建设方面,《报告》指出,推动加快实现高水平科技自立自强。
2025-03-25 09:09
在应用数学中心,来自东南大学通信、网络安全、电子、医学、制药等约10个学科的科研团队经常汇聚一堂,寻找交叉融合的合作点。
2025-03-25 09:05
加载更多