地球年齡有多大

　留美學(xué)者，生物化學(xué)博士[email protected]

　　放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)不僅推翻了此前物理學(xué)家對(duì)地球年齡的低估,，而且讓準(zhǔn)確測(cè)定地球年齡成為可能,。

　　放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)純屬意外。1896年,，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾（1852-1908）在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí),，驚訝地發(fā)現(xiàn)鈾鹽已讓包在厚黑紙里的底片感光，表明鈾鹽發(fā)射出能穿透黑紙的射線(xiàn),。兩年后,，皮埃爾·居里 （1859-1906）和瑪麗·居里（1867-1934）夫婦發(fā)現(xiàn)釷元素也能發(fā)出類(lèi)似的射線(xiàn)，把這種現(xiàn)象命名為“放射性”,。之后,，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了兩種具有放射性的新元素——釙和鐳。

　　盧瑟福和索迪（1877-1956）一起為放射性年齡測(cè)定奠定了理論基礎(chǔ),。他們發(fā)現(xiàn)放射性現(xiàn)象是由于元素的自發(fā)衰變?cè)斐傻?。在衰變過(guò)程中，一種元素變成了另一種較輕的元素,，同時(shí)發(fā)射出射線(xiàn),。一種放射性元素的衰變速率是固定的。這樣,，如果知道了某種放射性元素的衰變速率和衰變產(chǎn)物,，就可以根據(jù)衰變產(chǎn)物的量計(jì)算出用了多長(zhǎng)的時(shí)間產(chǎn)生這些產(chǎn)物。

　　盧瑟福在1905年首先想到了可以用這種辦法來(lái)測(cè)定巖石的年齡,。當(dāng)時(shí),，他已經(jīng)知道鈾,、鐳發(fā)射出的阿爾法射線(xiàn)其實(shí)就是氦，那么,，通過(guò)測(cè)量巖石中鈾和氦的比例,，以及鈾產(chǎn)生氦的速率，就可以知道巖石的年齡,。用這個(gè)辦法,，他測(cè)定兩塊巖石的年齡大約是5億年。盧瑟福謹(jǐn)慎地指出,，這只是下限,，因?yàn)橛幸徊糠趾た赡軓膸r石中逃逸了，導(dǎo)致測(cè)定的氦含量比實(shí)際的要少,，測(cè)定的巖石年齡也就偏小,。

　　在同一年，美國(guó)化學(xué)家波爾特伍德（1870-1927）注意到鉛總是出現(xiàn)在含鈾和釷的礦石中,，推測(cè)鉛是鈾和釷衰變的最終產(chǎn)物,。在盧瑟福的建議下，波爾特伍德開(kāi)始通過(guò)測(cè)量鈾礦石中的鉛含量來(lái)計(jì)算巖石的年齡,。他測(cè)了26份巖石樣本,，發(fā)現(xiàn)它們的年齡在4億到22億年之間。這表明地球的年齡至少是22億年,。

　　波爾特伍德的結(jié)果于1907年發(fā)表在地質(zhì)學(xué)雜志上,。盡管這個(gè)測(cè)定結(jié)果符合地質(zhì)學(xué)家的預(yù)想，他們卻對(duì)此沒(méi)有什么興趣,。地質(zhì)學(xué)家對(duì)物理學(xué)家,、化學(xué)家闖入他們的領(lǐng)域的舉動(dòng)仍保持戒心。波爾特伍德沒(méi)有做進(jìn)一步的研究,，后來(lái)患了抑郁癥,，自殺身亡。盧瑟福的興趣也轉(zhuǎn)移到其他方面,。

　　在其他人都放棄的時(shí)候,，只有英國(guó)地質(zhì)學(xué)家霍姆斯（1890-1965）堅(jiān)持了下來(lái)。早在1911年霍姆斯還是一名本科生時(shí),，就開(kāi)始用鈾－鉛法測(cè)定巖石的年齡,，并測(cè)出最古老巖石的年齡是16億年。此后,，隨著對(duì)放射性現(xiàn)象,、放射性同位素的研究的深入，霍姆斯一直在改進(jìn)其測(cè)量結(jié)果。但是直到進(jìn)入20年代,，霍姆斯的工作才逐漸受到重視,。此時(shí)，地質(zhì)學(xué)家已發(fā)現(xiàn)地層的沉積速度并不是恒定的,，因此想根據(jù)現(xiàn)在地質(zhì)變化的速率來(lái)精確地算出地球的年齡是不可能的,，只能借助放射性方法。1931年,，美國(guó)科學(xué)院指定一個(gè)委員會(huì)專(zhuān)門(mén)研究地球年齡的測(cè)定問(wèn)題,，由霍姆斯執(zhí)筆的委員會(huì)報(bào)告認(rèn)定放射性年齡測(cè)定法是測(cè)定地球年齡的唯一可靠的方法。

　　有關(guān)放射性測(cè)定法的爭(zhēng)議消失了,，接下來(lái)就是如何盡可能準(zhǔn)確地測(cè)定地球的年齡。巖石越古老,，當(dāng)然就越接近地球的年齡,。目前測(cè)定的最古老的巖石年齡大約是38億-39億年，其中有的是沉積巖,，含有更古老的礦石晶體,。已知最古老的礦石晶體是在澳大利亞發(fā)現(xiàn)的鋯石小晶體，年齡至少為44億年,。但是用地球巖石無(wú)法直接測(cè)定地球形成的年齡,。這是因?yàn)榈厍蛴傻貧ぁ⒌蒯?、地心幾部分組成,，由于板塊運(yùn)動(dòng)，新的地殼持續(xù)地產(chǎn)生,，然后又被循環(huán),，巖石始終處于變化之中，其結(jié)果是,，地球最早形成的巖石已不存在,。

　　整個(gè)太陽(yáng)系是由同一片星云形成的，形成太陽(yáng)系各個(gè)天體的過(guò)程所花的時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)比較短,，可能不到1億年,。太陽(yáng)系其他天體的年齡也就基本等于地球的年齡。因此,，有關(guān)地球年齡的最好證據(jù)反而不是來(lái)自地球,，而是來(lái)自月球和降落到地球上的天外來(lái)客——隕石。月球上不存在板塊運(yùn)動(dòng),，可以在上面找到月球剛形成時(shí)就有的巖石,。對(duì)阿波羅號(hào)帶回來(lái)的月球巖石的測(cè)定結(jié)果表明，最古老的月球巖石大約是44-45億年。對(duì)許多隕石的測(cè)定結(jié)果,，年齡也都在45億年左右?，F(xiàn)在被普遍接受的地球年齡45.4億年（1％誤差），根據(jù)的是美國(guó)地質(zhì)化學(xué)家帕特森（1922-1995）在1956年發(fā)表的測(cè)定結(jié)果,，測(cè)的是一塊在美國(guó)亞利桑那州惡魔谷發(fā)現(xiàn)的隕石,。

　　地球年齡大約45億年，科學(xué)界對(duì)此已異議,，它作為一個(gè)科學(xué)事實(shí)已有50多年的歷史,。但是在科學(xué)界之外，仍然有許多人不能接受這一事實(shí),。這主要是基督教原教旨主義者,，他們堅(jiān)信地球的年齡只有大約1萬(wàn)年。這些“年輕地球論者”的依據(jù)是基督教《圣經(jīng)》,，但是卻給自己披上科學(xué)的外衣,，試圖動(dòng)搖放射性測(cè)定法的科學(xué)基礎(chǔ)。

　　簡(jiǎn)單的放射性測(cè)定法有兩個(gè)假設(shè)：一,、在巖石剛剛形成時(shí),，只有母元素（例如鈾），子元素（例如鉛）都是后來(lái)由母元素衰變形成的,。二,、自巖石形成以后，沒(méi)有母元素,、子元素逃逸出去,，也沒(méi)有母元素、子元素從外界滲透進(jìn)來(lái),。顯然,，這兩條假設(shè)如果有一條不成立，就會(huì)影響到測(cè)定結(jié)果,，因此就受到了“年輕地球論”的質(zhì)疑,。

　　但是存在這兩個(gè)假設(shè)并不會(huì)讓放射性測(cè)定法變得毫無(wú)價(jià)值。在許多情形下,，有足夠的依據(jù)可以認(rèn)定這樣的假設(shè)是完全合理的,，而且也可以通過(guò)對(duì)同一個(gè)樣本用不同的同位素、不同的測(cè)定方法進(jìn)行核對(duì),。實(shí)際上,，現(xiàn)代放射性測(cè)定法普遍采用的是等時(shí)線(xiàn)法，通過(guò)測(cè)量同一種元素的不同同位素的量,，以及通過(guò)測(cè)量在同一時(shí)間形成的不同物體 （例如巖石中的不同礦石晶體）,，取消了這兩個(gè)假設(shè)。因此，“年輕地球論者”對(duì)此的質(zhì)疑是沒(méi)有道理的,。

　　放射性測(cè)定法還有一個(gè)基本假設(shè),，某種放射性元素的衰變速率是恒定不變的。如果這個(gè)假設(shè)不成立,，測(cè)定的結(jié)果當(dāng)然就靠不住,。因此“年輕地球論者”最喜歡攻擊這一假設(shè)。但是這一假設(shè)有充分的量子力學(xué)理論依據(jù),，攻擊它也就是在攻擊量子力學(xué),。這個(gè)假設(shè)也被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)：物理學(xué)家做了很多試圖改變衰變率的實(shí)驗(yàn)，對(duì)放射性同位素施加不同的溫度（高達(dá)2000攝氏度,，低達(dá)零下186攝氏度）,，不同的氣壓（從真空到幾千個(gè)大氣壓），不同的引力場(chǎng)和磁場(chǎng),，都未能顯著改變衰變率,。

　　而且放射性測(cè)定法的結(jié)果已被別的方法所獨(dú)立驗(yàn)證，例如日震年齡測(cè)定法,。上個(gè)世紀(jì)60年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)表面在有規(guī)律地振蕩,，稱(chēng)為日震,。日震波的傳播與太陽(yáng)的組成，特別是太陽(yáng)中心的氦和氫的相對(duì)含量有關(guān),。自太陽(yáng)誕生以來(lái),，其內(nèi)部就一直在進(jìn)行著把氫聚合成氦的核聚變。因此,，通過(guò)日震測(cè)定太陽(yáng)中心氦的含量,，就可以計(jì)算出太陽(yáng)的年齡。用這個(gè)方法測(cè)出的太陽(yáng)年齡大約為45.7億年,，與用放射性測(cè)定法測(cè)出的吻合得很好,。

　　當(dāng)代“年輕地球論者”對(duì)地球年齡的質(zhì)疑沒(méi)有任何科學(xué)含量，不能算是科學(xué)爭(zhēng)論,，也無(wú)法通過(guò)學(xué)術(shù)爭(zhēng)論獲得解決,。這是宗教與科學(xué)的沖突，這些偏執(zhí)的信徒還生活在17世紀(jì)烏瑟主教的時(shí)代,。