放射性和地球年龄

长期以来,地球年龄与宇宙年龄之间明显的差异,给地质学家和天文学家都带来了巨大的难题。

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长期以来,地球年龄与宇宙年龄之间明显的差异,给地质学家和天文学家都带来了巨大的难题。

地质学家曾使用诸如侵蚀或沉积速率等方法计算出地球的年龄,从300万年到150亿年不等。物理学家和天文学家,主要基于恒星的运动和能量消耗,计算出宇宙的年龄从2000万年到100亿年不等——所以在许多宇宙模型中,地球似乎太年轻或太老,无法融入其中。

1893年8月,在美国科学促进会的一次会议上,地质学家查尔斯·D·沃尔科特(1850-1927)总结了这场辩论,如下所示:


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在所有推测性地质学的主题中,很少有比地质时间更具吸引力或更不确定积极结果的主题。物理学家们已经越来越靠近地划定了界限,直到地质学家被告知,他必须将他对地球年龄的估计限制在1000万至3000万年之内。地质学家积累了他的观察结果,并回复说需要更多时间,并建议物理学家,他的数据或处理方法可能存在错误。

1896年,法国物理学家亨利·贝克勒尔(1852-1908)基于康拉德·伦琴对人工诱导X射线的研究,发现天然元素(如铀)也会发出射线,1897年,波兰物理学家玛丽·居里(1867-1934)创造了“放射性”一词来描述这种未知来源的能量。

图1.来自放射性衰变的高能射线,在较大的黑云母晶体中形成围绕矿物颗粒的蚀变晕圈,图片来自J. 乔利(1909):放射性与地质学,放射性能量对地球历史影响的描述

她的丈夫皮埃尔·居里(1859-1906)意识到,来自地球岩石中发现的元素和矿物的放射性衰变产生的这种能量将显著减缓整个地球的冷却速度。由于许多物理学家计算地球年轻年龄的基础是地球稳定冷却的假设,但由于现在有了能量和热源,地球的冷却速度远比想象的要慢,因此地球可能非常古老。放射性衰变或其他类似的持久且高能量的来源(核聚变是后来发现的)也可以解释恒星如何能够长时间产生光和热,因此,认为恒星或太阳必须年轻(在大多数计算中比地球还年轻)的观念也可以被驳斥。

但更棒的是——放射性的发现不仅提供了地球古老的间接证据,而且通过测量恒定的能量产生,还可以计算出矿物、岩石甚至地球的确切年龄——或许还可以计算出太阳系和宇宙的年龄,还可以对陨石形式的外星物质进行测年……(未完待续)。

参考文献

LEWIS, C.L.E. (2002): 阿瑟·霍姆斯的统一理论:从放射性到大陆漂移。 在OLDROYD, D. R.(编)2002。 地球的内外:二十世纪地质学的一些重大贡献。伦敦地质学会,特刊,192: 167-183

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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