地球的年龄与宇宙日历

19世纪,地质学家意识到地球比之前认为的要古老得多,然而,这一发现提出了一个更大的问题:宇宙呢?地球(像一些原教旨主义的创造论者过去和现在所认为的那样)早于宇宙而存在吗?是地球和宇宙同时创造的吗?还是地球后来才出现的?

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19世纪,地质学家意识到地球比之前认为的要古老得多,然而,这一发现提出了一个更大的问题:宇宙呢?地球(像一些原教旨主义的创造论者过去和现在所认为的那样)早于宇宙而存在吗?是地球和宇宙同时创造的吗?还是地球后来才出现的?

早期的地质学家不得不使用间接的方法来确定地球的年龄,例如沉积或侵蚀的速度、地层的厚度或生物群随时间变化的速度。天文学家在这方面可用的信息更少。

伟大的物理学家开尔文勋爵通过计算太阳(他认为是一个炽热的熔融物质球体)冷却和凝固所需的速度,估算了太阳系的年龄。开尔文认为太阳系和地球的年龄在2000万到1亿年之间。自然学家艾萨克·牛顿爵士使用类似的思维实验来计算地球的年龄,由于地球是一个小得多的球体,地球只需要5万年就可以冷却下来并变得适宜居住。德国宇宙学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹 (1821-1894) 于1854年发表了他的研究。亥姆霍兹意识到,一个冷却的熔融物质或燃烧的燃料只能为太阳提供5000-10000年的能量,因此他开发了一种替代机制,其中一颗缓慢坍缩的恒星将引力能转化为热和光。基于这一前提,他计算出太阳的年龄为2100万年。1899年,T.J.J. See部分基于亥姆霍兹的理论,并考虑到太阳中物质密度的可变性,计算出了新的年龄,为3200万年。


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使用恒星和行星的明显有规律的运动作为宇宙日历也很诱人。天文学家和数学家哈罗德·杰弗里斯 (1891-1989) 通过行星轨道周期性的变化,估计出了10亿到100亿年的年龄,以解释我们太阳系中行星的现代位置。

苏格兰自学成才的数学家詹姆斯·克罗尔 (1821-1890) 使用地球的轨道参数来解释冰河时代的周期性发生。根据克罗尔的计算,最后一个冰河时代结束于8万年前。通过将已确定的冰川沉积物与从地球运动中推断出的时间间隔相乘,就可以估算出地球的年龄。当时只识别出四个冰河时代,但克罗尔和其他数学家根据他们的计算,提出实际上在地球历史上还有许多其他周期性的降温事件有待发现。

图1。特鲁比地层露头(意大利斯帕蒂文托角)。在最后一个冰河时代,地球轨道参数的微小变化影响了富含有机物和低有机物泥灰岩的沉积,在此处形成了一系列较深的条纹。现在可以将条纹的模式与计算出的曲线进行比较,从而推断出这些沉积物的年龄。

美国天文学家哈洛·沙普利 (1885-1972) 采用了另一种使用统计学的数学方法,他认为宇宙中恒星的明显均匀分布只能用漫长的时间来解释。恒星,一起形成于星云云中,慢慢漂移到太空中,假设有足够的时间,它们就会分散成均匀的模式并填满空隙。1920年发现星系也彼此远离,基于假设的平均距离和假设的膨胀速度,计算出可观测宇宙的年龄为18亿至34亿年。

然而,由于大多数地质学家已经使用30亿年前的地球(当时发表了使用岩石放射性测年技术得出的第一个年龄),天文学家给出的较年轻的年龄似乎表明地球早于空间和时间本身!

美国地质学家托马斯·C·张伯伦 (1843-1928) 和天体物理学家F.R. 莫尔顿,以及英国的宇宙学家詹姆斯·金斯 (1877-1946) 和地球物理学家哈罗德·杰弗里斯 (1891-1989) 找到了这个明显矛盾的一个奇特的解决方案。他们提出,恒星几乎是永恒的(金斯提出了10^13年的年龄),只有行星是随着时间的推移形成的(因此地质学家可以使用任何年龄,而不会与天文学家发生争论)。

必须有更好的方法来确定地球和地外物质的年龄……未完待续)。

参考书目

BRUSH, S.G. (2001): 地球太老了吗?地球年代学对宇宙学的影响,1929-1952。载于 LEWIS, C L. E. & KNELL, S. J. (编) 《地球的年龄:从公元前4004年到公元2002年》,伦敦地质学会,特刊,190:157-175

CAJORI, F. (1908): 太阳和地球的年龄。《大众科学》增刊第1706号:174-175

HEDMAN, M. (2007): 《一切的年龄 - 科学如何探索过去》。芝加哥大学出版社,芝加哥:249

HILGEN, F.J. (2010): 19世纪的天文年代测定。地球科学评论 98: 65-80

My name is David Bressan and I'm a freelance geologist working mainly in the Austroalpine crystalline rocks and the South Alpine Palaeozoic and Mesozoic cover-sediments in the Eastern Alps. I graduated with a project on Rock Glaciers dynamics and hydrology, this phase left a special interest for quaternary deposits and modern glacial environments. During my research on glaciers, studying old maps, photography and reports on the former extent of these features, I became interested in history, especially the development of geomorphologic and geological concepts by naturalists and geologists. Living in one of the key area for the history of geology, I combine field trips with the historic research done in these regions, accompanied by historic maps and depictions. I discuss broadly also general geological concepts, especially in glaciology, seismology, volcanology, palaeontology and the relationship of society and geology.

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