地球年龄如何测（地球年龄的100种测定方法）

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作者：饶世豪

校对：牧夫校对组

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责任编辑：毛明远

牧夫天文公众号建立于2014年，年龄是6岁；牧夫天文成立于1999年，年龄是21岁；新中国成立于1949年，年龄是71岁。

在有明确记载的前提下，年龄是个靠便携计算器甚至口算就能很快得出结果的数字。若想要得知没有明确记载的事件发生的时间呢，比如上一次冰河世纪，比如第一个人类的出现，再比如，地球的诞生。

Credit: dribbble.com

目前已知的地球年龄约为45.4亿年，在没有明确文字记载的情况下，聪明的头脑们是怎样计算出地球年龄的，下面总结了100种测定地球年龄的方法，学到就是赚到：

1 风力侵蚀

在《物种起源》中，达尔文为了证明“物种进化是一个漫长的过程”这一观点，以林地暴露的岩石层为例，计算了风化作用将岩石改变至现状的侵蚀率，并得出了地球年龄至少有3亿年的观点。

达尔文的《物种起源》

Credit: kobo.com

达尔文例证中的地层结构（注：Weald是盎格鲁·撒克逊语言中表示“林地”的单词，Down在凯尔特语中则表示“山丘”）

Credit: worldscientific.com

2 沉积层积累

自从地球成为水陆两栖的球体后，随着河流的侵蚀作用，河岸的陆地会被冲刷到河流入海口处，由此形成的沉积物不断累积，由均变论的假设，每年沉积物厚度变化相同，英国地理学家约翰·菲利普斯（John Phillips）估测了恒河每年冲刷到孟加拉湾的沉积物的质量，这些沉积物每年足够使得沉积地层上升230微米，以及孟加拉湾沉积地层的厚度（22千米），由此估算了地层形成的时间在9600万年，这便给出了地球年龄的下确界。

科罗拉多河向鲍威尔湖注入的沉积物

Credit: nps.gov

这一方法有很大的缺陷，那就是沉积物的产生速率随着地球年龄是有着大幅变化的，均变论与实际情况的差异巨大。

3 海平面高度测定法

地面的沉积岩中能找到贝类化石，而贝类主要分布于海洋中，法国外交官兼博物学家贝诺特·德·梅利特（Benoit de Maillet）注意到这一现象，他推断，曾经，地面是完全被海水覆盖着的，既然陆地不会自行抬升，那海平面就是一直在下降的，因此，根据海平面下降的速度，可以反推到地面完全被海水覆盖的时间，从而给出一个地球年龄的下限。

根据对码头附近水面高度的长期测量结果，梅利特估算出了24亿年的地球年龄，这在当时是远超科学家预期的，同时期的科学家普遍认为地球年龄最多百万年。

若地球被海水完全覆盖（想象图）

Credit: citizenme.com

他的方法当然也是错误的，海平面高度在长时间里是不断波动变化着的，毕竟现在我们还在担心着全球变暖导致的海平面上升。

4 海水盐分测定法

河水不断冲刷着岩石，向海水中输入这些冲刷下来的盐分，爱尔兰的物理学家约翰·乔利（John Joly）利用这一现象，计算了海水中钠元素的含量以及积累的速率，由此得出的结论是，海洋的年龄在8000万年到1亿年间。

海水中的盐分

Credit：liferetreat.co.za

这一年龄与我们现在所知的地球年龄有较大的出入，原因在于乔利忽略了海水中复杂的化学反应会消耗掉纳元素。

5 地球的冷却

开尔文是热力学发展中最重要的人物之一，他本名叫做威廉·汤姆逊（William Thomson），因为科学成就获授开尔文勋爵（Lord Kelvin）。他假设，地球形成时，是一个高温熔融状态的球体，用热力学的方法可以计算出地球冷却至现状所需的时间，由于岩石熔化温度、比热容、热导率等因素的不确定性，结果给出了地球年龄为2000万年至4亿年的范围。

地球形成之时是一个高温熔融状态的球体

关于开尔文的轶事

开尔文一直致力于与地质学测年方法对抗，他认为物理学比地质学更基础，更能接近现象的本质。而关于物种进化的时间问题，开尔文坚信是神的指引加速了物种的进化。

开尔文是一名虔诚的基督徒，曾有学生问他一生中最大的发现是什么，他答道：“在我生平的发现中，最有价值的，是认识了主耶稣基督。”

牧夫君

对于这个时代科学家，生在一个宗教氛围浓厚的环境中，能跳出来审视宗教，再从宗教和我们所认为的理性之间做出选择，是一件很不容易的事，牛顿以前的宗教，一直是引领着自然哲学发展的，宗教与科学冲突的历史，相对于他们之间引领与被引领关系的历史，是极为短暂的，就算到了现在，仍有科学家在研究科学的同时，相信神的存在。

99 太阳年龄限制地球年龄

长久以来，太阳发光被认为是太阳引力收缩的结果，亥姆霍兹据此估算出的太阳年龄在2200万年附近，这与开尔文计算地球自熔融状态冷却的时间跨度符合。

Credit: helioviewer.org

实际上，太阳的年龄应在46亿年左右，其能量供给是亥姆霍兹所在的时代尚未发现的核聚变反应。实际上，太阳的年龄应在46亿年左右，其能量供给是亥姆霍兹所在的时代尚未发现的核聚变反应。

太阳主要能量来源：氢的核聚变反应

Credit: solarscience.msfc.nasa.gov

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铅同位素测年法

假设太阳系内天体都是由同一块星云形成的，那这些天体中元素的同位素相对比例就相同，即，在初始时刻，对于元素A的两种同位素A-1和A-2，小行星上有3份A元素，其中两份是A-1，一份是A-2，地球上有90份A元素，则地球上一定有60份A-1，30份A-2。根据这一假定，若从陨石的同位素中测得了陨石的年龄，则地球的年龄也确定了。

铀-238（U-238）和铀-235（U-235）是铀的两种同位素，铀-238（U-238）会衰变为铅-206（Pb-206），而铀-235（U-235）会衰变为铅-207（Pb-207），两种衰变方式的相对速率是恒定不变的，若取一个数目足够的样本观测，经历一个半衰期后，该同位素将有一半发生衰变，而在两个半衰期后，该元素有75%（0.5【第一个半衰期】 0.25【第二个半衰期】）发生了衰变。经过测定，铀-238的半衰期是44.7亿年，而铀-235的半衰期仅有0.7亿年。

铀两种同位素的衰变

Credit: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

在形成岩石时，铀元素和铅元素的相对含量是不同的，而铀的两种同位素在所有铀元素中所占的比例是完全一致的，因为化学反应只决定于这是何种元素，对于该元素的各种同位素是一视同仁的，例如，氯-35（Cl-35，天然丰度约为75%）和氯-37（Cl-37，天然丰度约为25%）的化学性质是几乎相同的，因此，氯元素的相对原子质量是将两种同位素相对原子质量加权平均的结果（35*0.75 37*0.25=35.5）。

氯的两种同位素，自然界中有约75%的是氯-35，其余是氯-37

Credit: slideserve.com

下图解释了铅同位素测年的具体原理：

霍姆斯-豪特曼斯铅等时线测定法

Credit: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

根据这一方法，美国地质学家克莱尔·卡梅伦·帕特森（Clair Cameron Patterson）给出了45.5亿年的地球年龄，这一年龄至今仍被科学界认可。

克莱尔·帕特森

参考文献

[1]John Phillips, Life on the earth its origin and succession.

[2]C L E Lewis and S J Knell, The Age of the Earth: from 4004 BC to AD 2002, The Geological Society(2001).

[3]Archibald W Hendry, The Age of the Earth: A Physicist's Odyssey, World Scientific(2020).

[4]John Chambers and Jacqueline Mitton, From Dust to Life: The Origin and Evolution of Our Solar System, Princeton University Press(2017).

[5]https://en.wikipedia.org/wiki/Benoît_de_Maillet.

[6]https://en.wikipedia.org/wiki/John_Joly.

[7]https://en.wikipedia.org/wiki/William_Thomson,_1st_Baron_Kelvin.

[8]https://en.wikipedia.org/wiki/Age_of_Earth.

[9]http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/hhpb.html.

特别鸣谢

·牧夫天文编辑部群内关于宗教与科学的讨论

·南京大学大学外语部李长生教授关于人名翻译的建议

牧夫天文编辑部（105）

这个小编是大佬

不是说好的100种吗，怎么只有7种？

某十八线小小编

我找到了很多巧妙的测定方法，这里空白太小，我写不下了，故省略了93条。

这个小编是巨佬

某十八线小小编

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『天文湿刻』 牧夫出品

太阳系的“蛋”生

来源：知乎

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