这些年我们是若何较量地球岁数的
科学史话
“地球的岁数是几多？”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势。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，“地球的岁数”问题是与创世神话关联在一路的，是以，“地球的岁数是几多？”最起头是一个神学问题而非科学问题。
詹姆斯·乌雪担当过全爱尔兰上帝教会的大主教，但对科学布满乐趣。他采用圣经年谱学的方式，把圣经上记载的重大汗青事件按照时间顺序依次分列出来，同时他还查阅了好多非基督教古代汗青文献，将与圣经上记载沟通的事件一一标记年份。经由频频的比对和整顿，乌雪在他1645年出书的著作《乌雪年表》中，凭据其时风行的儒略历推算，认为整个世界被天主缔造于公元前4004年10月22日下昼6时。
在发蒙活动之后，基督教的权势已经摇摇欲坠了，后来的学者们纷纷采用加倍科学的方式来推算地球的岁数。法国博物学家布丰收集到了好多史前古生物化石，凭据这些化石的年份，布丰推想地球的岁数跨越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，而我们只能注释和剖析每个地质时期的具体转变，然则无法推想起点和终点。这种地质渐变论的概念后来被赖尔发扬光大，成为了其时的主流概念。同为博物学家的达尔文推想一些地质转变的过程至少要经由三亿年，而地球的真实岁数说不定弘远于此。
当博物学家和地质学家们一筹莫展的时候，解答这个问题的重担落到了物理学家身上。19世纪50年月，由德国物理学家克劳修斯与英国物理学家开尔文勋爵离别提出的热力学第二定律已经成为了学界的共识。凭据热力学第二定律，地球、太阳甚至整个宇宙都处在一种热量耗散的过程中。按照这个理论，地球在降生之初是一个高热量的岩浆球，其温度跟着时间络续降低，直到将热量完全耗散掉变得彻底严寒死寂。如许一来，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，我们就能凭据公式较量出地球的岁数。
开尔文在1862年揭橥了一篇名为《论地球的迟缓冷却》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。开尔文最终较量究竟是9800万年，考虑到估算带来的误差，他提出地球的岁数大略在2000万年到4亿年之间。经由络续正确参数，开尔文在之后的几十年中络续地修订本身的较量究竟，在1897年，他最终确定地球的岁数应该是2400万年。
按照其时已知的物理学理论，开尔文的较量方式是弗成摇动的。不只地质学家们无法辩驳开尔文的概念，就连像达尔文如许伟大的博物学家也一度猜忌本身提出的物种演化理论。然则，开尔文的较量方式是竖立在两个根基假设之上的。第一，地球内部没有其他热量起原。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，那么开尔文的较量方式就是无懈可击的。
科学史上好多伟大的发现都来自于不测。1896年，法国物理学家贝克勒尔不测地发现铀盐可以让包在厚黑纸中的底片感光，证实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，有名的皮埃尔·居里和玛丽·居里匹俦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，居里匹俦进一步检测到了镭元素在放射过程中会络续发生热量。与此同时，进入20世纪之后，科学家们经由研究地动荆棘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，开尔文较量地球岁数的两个假设悉数被证伪了。
汗青性的转折发生在1904年。年逾八旬的开尔文勋爵列入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势的他受到了一位年青年头物理学者的挑战，而这位挑战者恰是开尔文晚年最满意的学生——其时年仅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岁数影响的申报，认为地球内部的放射性元素所发生的热量可以均衡地球自身的冷却。这一对师生代表了世纪之初发生的两种范式之间的交代，卢瑟福的研究从学理上推翻了开尔文的较量方式，为后来者们拓荒了一种新的方式，即经由测定放射性元素的衰变过程来确定地球的岁数。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品，提出了“铀—铅测定方式”。在同位素被发现之后，这种方式被科学家们进一步优化，因为铀235和铀238会离别衰变为铅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，我们就能够较量出岩石的岁数。
于是，解决问题的要害酿成了寻找到和地球同时形成的岩石。地表上的岩石都履历过复杂的地质活动，而陨石来自于太阳中的小行星，这些小行星是和地球在统一时间形成的。在各类各样的陨石之中，陨铁的含铀量极低，这就意味着，铀衰变发生的铅微乎其微。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·帕特森最终经由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，较量得出地球的岁数在41亿—46亿年之间。千锤百炼的帕特森对本身的测量究竟依旧不写意，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，个中的铅都是由铀衰变而来。综合两个测定究竟，帕特森在1956年最终得出地球的岁数为45.5±0.7亿年。
科学研究终于告一段落，但故事并没有竣事。在帕特森研究地球外观铅分布的时候，他惊人地发现，进入20世纪之后的天然界中的铅浓度增加快度陡然提拔，远远高于曩昔几十亿年的储蓄速度。人类工业污染，稀奇是化石燃料的燃烧是这些铅的首要起原。意识到这点之后，帕特森将后半生的首要精神都投入到了情况珍爱事业中。对于整个宇宙来说，地球只是漂浮在宇宙中的一颗细微行星，然则对于人类来说，地球是我们赖认为生的家园。每年的4月22日是世界地球日，这是一个为情况珍爱而设立的节日。科学理论可以较量地球这颗行星的岁数，然则作为我们家园的地球需要人类用爱和良知来捍卫。
