“这些年我们是怎么计算地球年龄的？科普贴请查收”

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地球的年龄有多大？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。 有兴趣的是，他不是科学家，而是大主教。 因为在科学革命之前，地球的年龄问题是和创造神话联系在一起的。 因此，地球的年龄是多少？ 一开始不是科学的问题，而是神学的问题。

詹姆斯·乌雪曾担任爱尔兰天主教大主教，但对科学很有趣。 他用圣经年谱学的方法，按时间顺序排列圣经记载的重大历史事件，还查阅了许多非基督教古代的历史文献，并按年标记了与圣经记载的相同的内容。 经过反复对照和整理，乌雪在1645年出版的着作《乌雪年表》中，根据当时流行的儒略历，推断世界是上帝在公元前4004年10月22日下午6时创造的。

启蒙运动之后，基督教的权威已经动摇，后来的学者们用更科学的做法来推断地球的年龄。 法国博物学家布冯收集了大量历史古生物化石，从这些化石年开始，布冯估计地球的年龄超过了7万5000年。 英国地质学家赫顿认为地球的演化是一个多而复杂的漫长过程，只能解释和分解各地质时代的具体变化，但不能推测起点和终点。 这个地质倾斜论观点后来被发扬光大，成为当时主流的观点。 同为博物学家的达尔文推测地质变化的过程至少需要3亿年，地球的实际年龄可能远远大于它。

博物学家和地质学家们束手无策时，解决这个问题的重担落在了物理学家身上。 20世纪50年代，德国物理学家克劳斯和英国物理学家开尔文爵士分别提出的热力学第二定律成为学术界的共识。 根据热力学第二定律，地球、太阳乃至整个宇宙都处于放热的过程中。 根据这个理论，地球诞生之初是高热的岩浆球，其温度随时间下降，直至完全消散热量完全冷却。 这样，如果知道地球的初期温度(也就是岩浆的温度)、岩层的热传导率、地温梯度，就可以根据公式计算地球的年龄。

开尔文在1862年发表了《关于地球的缓慢冷却》的文案，把岩浆的温度设定为3870℃(实际上是700℃ 1200℃)，推测了热传导率和地温梯度的平均值。 开尔文最终得出了9800万年的计算结果，考虑到推测带来的误差，他主张地球的年龄约在2000万年到4亿年之间。 利用准确的参数，开尔文在接下来的几十年里持续修订了自己的计算结果，1897年，他最终明确了地球的年龄为2400万年。

根据当时已知的物理学理论，开尔文的计算方法不容动摇。 地质学家们不但不能反驳开尔文的意见，甚至达尔文这样伟大的博物学家也怀疑自己曾经提出的物种进化理论。 但是，开尔文的计算方法基于两个基本的假设。 第一，地球内部没有其他热源。 第二，地球内部是均质的固体。 只要这两个假设成立，开尔文的计算方法就不完美。

科学史上许多伟大的发现来自意外。 1896年，法国物理学家贝克勒尔意外地使铀盐被厚厚的黑纸包裹的底片感光，表明铀可以释放出穿透的射线。 这是人类首次出现放射性现象。 两年后，著名的皮埃尔·居里和玛丽·居里夫妇从沥青铀矿中凝结了两种新的放射性元素钚和镭，但1903年进一步检测到镭元素在辐射过程中不断产生热量。 并且，进入20世纪以后，科学家通过研究地震波的折射现象，发现地球内部不是均质的固体，而是分为地壳、地幔、地心。 这样就证实了开尔文计算地球年龄的两个假设。

历史性的转折发生在1904年。 80多年的开尔文爵士参加了英国皇家学会召开的物理学会议，他已经成为物理学界的权威，受到了年轻物理学家的挑战。 这个挑战者是开尔文晚年最擅长的学生，当时33岁的卢瑟福。 卢瑟福在会议上报告了放射性升温对地球年龄推断的影响，认为地球内部放射性元素产生的热量会平衡地球自身的冷却。 这一对师生代表着世纪初发生的两种范式之间的交接，卢瑟福的研究在学理上推翻了开尔文的计算方法，为后来者们开辟了通过测量放射性元素衰变过程揭示地球年龄的新方法。 1907年，美国化学家博尔特伍德认为铅是铀辐射衰变的最终产物，提出了铀铅的测定方法。 同位素被发现后，这种方法被科学家们进一步优化了。 铀235和铀238分别衰变为铅207和铅206，因此理论上只要知道岩石中铅和铀的比例，就可以计算出岩石的年龄。

然后，处理问题的关键就在于找到地球，以及形成的岩石。 地表岩石经历了太多复杂的地质运动，而陨石来自太阳的小行星，这些小行星是与地球同一时期形成的。 在各种陨石中，陨石中的铀含量极低，这意味着铀衰变产生的铅极少。 因此，陨石中铅铀的比例与地球形成之初的比例大致相等。 美国化学家克莱尔·帕特森最终通过将陨石中铅·铀的比例设定为初始值，将地球岩石中平均铅·铀的比例设定为最终值，计算出地球的年龄在41亿46亿年之间。 精密的帕特森还不满意自己的测量结果，发现了性质和陨石大致相反的石质陨石。 也就是说，初期的铅含量极低，其中的铅来自铀衰变。 综合两个测量结果，帕特森于1956年最终地球的年龄为45.5 0.7亿年。

科学研究终于告一段落，但故事还没有结束。 在帕特森研究地球表面的铅分布时，他惊奇地发现，进入20世纪以来自然界中铅浓度的增长速度急剧上升，远远超过了过去几十亿年的积累速度。 人类的工业污染，特别是化石燃料的燃烧是这些铅的首要来源。 意识到这一点，帕特森将后半生的第一能源注入了环境保护事业。 对整个宇宙来说，地球只是漂浮在宇宙中的小行星，但对人类来说，地球是我们生存的家。 每年的4月22日是世界地球日，是为了保护环境而设立的节日。 科学理论可以计算地球这个行星的年龄，但是作为我们家的地球需要人类用爱和良知来保护。