科学家是如何推算出地球年龄的（地球年龄到底有多大）

当你在仰望星空时，有人已经在丈量脚下的大地。

你有没有思考过？地球为什么长这个样子？换句话说，就是地球的起源。

有地质学家认为，地球现在的模样是不断发大水的结果，洪水上上下下地冲刷，海平面涨起又落下，长年累月，就有了丘陵和低谷。这种由水造就地貌的说法，被后来人称为“水成论”。

有人认为地貌的形成跟洪水无关，而是火山爆发和地震造成的，这种说法被称为“火成论”。俗话说水火不相容，这两派的科学家为此无休止地争论了很多年。

那到底谁说的对呢？18世纪中期，英国地质学家詹姆斯·赫顿在观察农田的时候，发现洪水不断冲刷的结果，是把大石头粉碎成小砂砾，然后一层一层堆积起来。假如地球真的是被洪水冲刷成今天的样子，恐怕要比现在光滑得多。所以，一定有另一种力量让地表变得崎岖不平，最终形成高山和丘陵。照这么看，“火成论”更有可能。

此时关于地球如何形成的问题，也从“水成论”和“火成论”之争，变成了“灾变”还是“均变”的争论。

“灾变”是说，地球经历过无数巨大的灾害，每一次都会彻底改变地球的面貌。相反，“均变”的观点认为，地球的变化非常缓慢，不存在突然而又剧烈的变化。

地质学家查尔斯·莱尔就是“均变”理论的支持者，1830年，他把自己的观点写成了一本书，叫《地质学原理》，莱尔的这本书除了系统性地介绍了地球样貌的变迁，还建立了一套新的地质学纪年法，如寒武纪、白垩纪、侏罗纪这些名词，都是莱尔创造出来的。

有了时间的划分方法，关键问题就来了：地球的年龄有多大？

1.地球年龄之谜

最早尝试解谜的是法国人乔治-路易·勒克莱尔，在18世纪70年代，他通过模拟地球的散热方式，利用总的散热量来推算地球的年龄。根据他的算法，地球的年龄在7.5万-16.8万年之间。

咱们现在认为，地球的年龄大约是45亿年，与勒克莱尔的数据真是差了十万八千里。

到了19世纪中期，搞科研的人越来越多，也就有越来越多的人质疑勒克莱尔的结果，比如达尔文认为，苏格兰的维尔德地区起码需要3亿年才能变成今天的模样。

开尔文勋爵

大家你争我吵没个结论，这时候，一个学术界的大牛——英国物理学家开尔文突然关注起了这个问题。开尔文是热力学的开创者之一。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，就能根据公式计算出地球的年龄。

他算出来地球只有2400万年。

然而，根据当时出土的一些化石，这些化石的年龄可比两千万年久远多了。

化石对我们了解地球的过去非常重要。它不仅交代了地球本身的变化，还包含了大量生物的信息。如果说普通的石头只能吸引地质学家的注意，那么面对神奇的化石，生物学家们也忍不住参与进来。

2.恐龙化石横空出世

1787年，有人在美国新泽西州发现了第一块化石。现在看来，那块化石应该属于一种叫鸭嘴龙的恐龙，但在当时，没人知道世界上居然还有恐龙这种生物，科学家只知道这骨头大得吓人，却实在找不到其他线索。

随着越来越多的化石出土，法国古生物学家乔治·居维叶第一次提出了“生物灭绝”的存在。随着时间的流逝，会有一些物种发生灭绝。

无独有偶，英国一个建筑工地的年轻监工威廉·史密斯也得出了类似的结论。史密斯认为，化石在岩层中有着特定的位置。根据岩石层的位置，就能推断出化石的年龄。他的观点给岩石年份的测量提供了重要依据，也间接证明了灭绝的存在，而且不止一次的大灭绝。

1822年，有一天，乡村医生曼特尔在路边捡到了一颗奇怪的“石子”，经曼特尔辨认，它好像是某种动物的牙齿化石。他尝试着根据牙齿还原动物的样子，结果把自己吓了一跳：假如这种动物真的存在，那应该是一种生活在白垩纪，身长几十米的巨型食草动物。怎么可能有这种东西？

曼特尔赶紧跟好基友巴特兰牧师说了这件事，巴特兰说，这事儿了不得，你可千万别乱说。于是，曼特尔拿着这颗大牙四处去找大牛们求助，却碰了一身钉子。名噪一时的权威居维叶看了一眼说，不就是个河马牙嘛！

曼特尔不死心，又把化石拿去伦敦博物馆，一个工作人员看了看说，是化石，但和蜥蜴有点像，你要非说是新动物，就把它叫做“禽龙”。

禽龙

曼特尔没想到的是，他前脚刚去伦敦，巴特兰后脚就找到了新的恐龙化石。这个巴特兰特别有心机，嘴上叫曼特尔小心谨慎，等自己找到化石的时候，却二话不说直接发表了文章，他发现的恐龙被命名为斑龙。

虽然曼特尔先发现了恐龙化石，但“第一个恐龙化石发现者”的名号却被巴特兰抢走了。

到了20世纪，大量化石相继出土。这么多的化石，让古生物学家们很头疼，更要命的是，这些化石的年龄远远超出了人们对地球年龄的估计。这可怎么办呢？

3.化学元素发现之旅

就在人们纠结地球的真实年龄的时候，英国科学家卢瑟福站了出来，他用无可辩驳的证据，向人们展示了地球到底有多古老。

不过在说卢瑟福之前，我们先聊聊另一个基础学科——化学的发展。如果说地质学是在一个比较大的尺度探究地球是什么，那化学就是从更小的尺度上回答这个问题。地质学家能说出这块石头有多少层，而化学家能说出每一层里包含什么元素。

这些元素是怎么发现的呢？其实一开始，很多都是在乱七八糟的实验中偶然得到的。那些撞大运的主要是炼金术士。

举个例子，1675年，一个叫恒内希·布兰德的德国人冒出了一个奇怪的想法：可以从人尿里提炼出黄金！捣腾了几个月，布兰德还真得到了点什么东西——别想多了，并不是金子，而是白磷。

所以，人们最早对化学的认识，都是拜布兰德之类的炼金术士所赐。随着波义耳和牛顿这些科学界的大牛纷纷加入炼金行列，炼金术的发展越来越快，发现的元素越来越多，炼金术的科学比重也越来越大。再加上普通人开始利用炼金术的副产物促进生产，化学也就慢慢地独立了出来，道尔顿和阿伏伽德罗对原子理论的贡献，更是让这个学科日渐完善。

可是，随着元素越来越多，如何归纳总结成了问题。1869年，俄国化学家德米特里·门捷列夫提出了第一张元素周期表。在此之前，化学元素要么按照原子量排列，要么按照跟氧的亲和能力排列。门捷列夫的元素周期表兼具了两种功能：既按原子量从低到高进行排序，又创造性地把性质类似的元素放在一起。这样一来，不仅能查阅已经存在的元素，还能预测可能存在的新元素，让化学家们的研究方便了不少。

19世纪还给了化学另一个惊喜，那就是放射效应。跟之前炼金发现元素一样，这件事也是偶然。

居里夫人

1896年，法国物理学家亨利·贝克勒尔不小心把一包铀盐放在了抽屉里的底片上，结果吃完饭回来，惊讶地发现底片被烧了一个印子。这是为啥呢？他也不知道，于是吩咐自己的一个博士生，你来搞明白吧！这个博士生叫玛丽·居里，就是大家都知道的居里夫人。

居里夫人那会儿刚跟丈夫皮埃尔结婚，两个人正忙着研究一堆神秘的铀矿石。他们发现这些石头能释放出巨大的能量，但质量不会减少。这件事还没弄明白，导师又给了新的任务，看上去似乎是难上加难，但居里夫人很快意识到，铀矿释放能量跟铀盐烧黑底片，其实是一回事。顺藤摸瓜查下去，她不仅发现了放射效应，还发现了两种新元素，最后拿了两次诺贝尔奖。

卢瑟福

讲完这些知识作铺垫，咱们就可以讲卢瑟福是怎么测地球年龄了。1907年，卢瑟福发现，放射性元素的半数原子核发生衰变，都有一个固定的时间，这个时间叫做半衰期。通过测量放射性物质的半衰期，再分析岩层中矿物质的衰变程度，就可以推算出地球的年龄。

当时，卢瑟福最早发现的矿石半衰期大约在7亿年，这意味着，地球的年龄远比7亿年要长，他估计在10亿年左右。

4.地球的绝对年龄

很可惜的是，卢瑟福又去继续他的核物理研究了，没想去测算地球的年龄。

历史把这个任务交给了C.帕特森。1948年，他在导师H.布朗指导下，在芝加哥大学做关于陨石中铅同位素含量测定和计算的博士论文。

他们假设陨石是太阳系中没能形成较大天体而散落在太空的遗留物，这就意味着，这些陨石是地球的孪生兄弟。只要测出陨石的年龄，就差不多知道地球的年龄了。

1953年，他拿到了来自亚利桑那州巴林杰陨石的样本，立即带到设在芝加哥大学的阿贡国家实验室，那里有世界上最先进的质谱仪。

实测结果很快出来了：45.5±0.7亿年。这就是地球的精确年龄值。1956年，成果发表了，帕特森成为地球上第一个测算出地球“绝对年龄”的人。

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特约撰稿人：西尔维希耶，德国洪堡大学寄生虫学博士。

编辑：凉三

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