本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点。
“在北方名为斯维特约德的土地上,矗立着一块岩石。它高一百英里,宽一百英里。每过千年,一只小鸟就会来到这块岩石上磨尖它的喙。当这块岩石被这样磨损掉时,永恒的一天才会过去。”
挪威民间故事,由亨德里克·威廉·房龙在《人类的故事》中复述
图1. 地层和侵蚀 - 山脉真实年龄的线索?
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在19世纪早期,古老地球的观点迅速被接受,这基于对地球上大多数过程(如山脉的形成和侵蚀)发生缓慢的观察。达尔文在生物学上的观察也证实了地质时间尺度。由于进化发生在数千甚至数百万代的时间里,为了解释近期的生物多样性和特化,地球也必须有数千甚至数百万年的历史 - 甚至没有考虑全球灭绝事件和随后的恢复期。
但地球究竟有多古老?我们如何得知?
英国天文学家爱德蒙·哈雷(1656-1742)在1775年提出,可以通过测量河流溶解元素的输入以及由此产生的盐度增加来估算海洋(以及地球)的最小年龄。然而,由于缺乏精确的测量,这个想法仍然是一种假设性的方法。法国驻埃及领事伯努瓦·德·梅莱(1656-1738)根据他对埃及海岸线海平面下降的观察,提出地球在20亿年前完全被淹没。
1774年,法国博物学家乔治-路易·勒克莱尔,布丰伯爵(1707-1788)在《自然史》中发表了他用冷却铁球进行的实验结果。基于地球是由凝聚的星际物质熔球形成的流行假设,他使用白炽铁球的冷却时间来计算地球(固体部分)的年龄。布丰发表的结果给出了最后一次创世纪的年龄为75000年(布丰根据他对过去大规模灭绝的了解,提出了动物生命的各个时期 succession),然而从他未发表的笔记中,他讨论了关于其计算的问题和推测,似乎布丰认为地球可能更加古老 - 经历了数百万年的形成。
詹姆斯·赫顿在1785年成功地论证了地层的沉积需要很长的时间,但他认为任何精确的年龄估计都只是猜测。后来的地质学家更加自信,并根据岩层的厚度和侵蚀速率试图计算地球的年龄。
达尔文根据韦尔登地区地质构造的厚度估计地球年龄为3亿年。英国著名地质学家阿奇博尔德·盖基爵士(1835-1924)使用山脉的高度和剥蚀速率来计算大陆的年龄。根据他的计算,如果没有任何形成新山脉的过程,北美将在450万年内被侵蚀殆尽,而欧洲将仅持续400万年。查尔斯·莱尔根据某些软体动物群在化石记录中被替换所需的假定时间间隔,公布了从2000万年到2.4亿年的年龄范围。1899年,英国物理学家兼地质学家约翰·乔利(1857-1933)根据大洋的盐度计算,将原始淡水转化为盐水需要9000万年的时间间隔。
物理学家威廉·汤姆森,第一代开尔文男爵(1824-1907)因其对太阳物理特性的研究而对地球的年龄问题产生了兴趣。开尔文计算了太阳的能量耗散(他认为太阳是由白炽液体组成的),并得出结论,太阳的年龄在400万到2000万年之间,最终倾向于较小的年龄。由于地球的可能年龄受到太阳年龄的限制,因此地质学家提出的大多数年龄都是错误的 - 当时看来是这样……未完待续。
参考书目
JACKSON, P.W. (2006):《年代学家的探索 - 寻找地球的年龄》。剑桥大学出版社:291
LEDDRA, M. (2010):《时间很重要 - 地质学对科学思想的遗产》。威利-布莱克威尔出版社:269
LEWIS, C.L.E. & KNELL, S.J. (编)(2001):《地球的年龄:从公元前4004年到公元2002年》。地质学会特刊第190号:288