目錄

　　

地球從原始的太陽星云中積聚形成一個行星到現(xiàn)在的時間。目前對地球年齡的最佳估計值為45.5億年通常所說的地球年齡是指它的天文年齡。地球的天文年齡是指地球開始形成到現(xiàn)在的時間，這個時間同地球起源的假說有密切關(guān)系。地球的地質(zhì)年齡是指地球上地質(zhì)作用開始之后到現(xiàn)在的時間。從原始地球形成經(jīng)過早期演化到具有分層結(jié)構(gòu)的地球，估計要經(jīng)過幾億年，所以地球的地質(zhì)年齡小于它的天文年齡。

　　關(guān)于地球年齡的問題，有幾種不同的概念。地球的天文年齡是指地球開始形成到現(xiàn)在的時間，這個時間同地球起源的假說有密切關(guān)系。地球的地質(zhì)年齡是指地球上地質(zhì)作用開始之后到現(xiàn)在的時間。從原始地球形成經(jīng)過早期演化到具有分層結(jié)構(gòu)的地球，估計要經(jīng)過幾億年，所以地球的地質(zhì)年齡小于它的天文年齡。地球上已知最古老的巖石的年齡是41億年，地球的地質(zhì)年齡一定比這個數(shù)值大。地質(zhì)年齡是地質(zhì)學(xué)研究的課題；通常所說的地球年齡是指它的天文年齡。

　　地球從原始的太陽星云中積聚形成一個行星到現(xiàn)在的時間。地球年齡約為46億年。關(guān)于地球同的概念，地球的天文年齡是指地球開始形成到現(xiàn)在的時間。地球的地質(zhì)年齡是指地球上地質(zhì)作用開始之后到現(xiàn)在的時間。從原始地球形成經(jīng)過早期演化到具有分層結(jié)構(gòu)的地球，估計要經(jīng)過幾億年，所以地球的地質(zhì)年齡小于它的天文年齡。通常所說的地球年齡是指它的天文年齡。

　　計量地球所經(jīng)歷的時間，必須找到一種速率恒定而又量程極大的尺度。早期找到的一些尺度的變化速率在地球歷史上是不恒定的。1896年放射性元素被發(fā)現(xiàn)以后，人們才找到了一種以恒定速率變化的物理過程作為尺度來測定巖石和地球的年齡。

　　中國古人推測自開辟至于獲麟（公元前481年），凡三百二十六萬七千年。 17世紀西方國家的一個神父宜稱，地球是上帝在公元前4004年創(chuàng)造的。

　　最早嘗試用科學(xué)方法探究地球年齡的是英國物理學(xué)家哈雷。他提出，研究大洋鹽度的起源，可能提供解決地球年齡問題的依據(jù)。1854年，德國偉大的科學(xué)家赫爾姆霍茨根據(jù)他對太陽能量的估算，認為地球的年齡不超過2500萬年。1862年，英國著名物理學(xué)家湯姆生說，地球從早期熾熱狀態(tài)中冷卻到如今的狀態(tài)，需要2000萬至4000萬年。這些數(shù)字遠遠小于地球的實際年齡，但作為早期嘗試還是有益的。

　　

　　到了20世紀，科學(xué)家發(fā)明了同位素地質(zhì)測定法，這是測定地球年齡的最佳方法，是計算地球歷史的標準時鐘。根據(jù)這種辦法，科學(xué)家找到的最古老的巖石，有35億歲。然而，最古老巖石并不是地球出世時留下來的最早證據(jù)，不能代表地球的整個歷史。這是因為，嬰兒時代的地球是一個熾熱的熔融球體，最古老巖石是地球冷卻下來形成堅硬的地殼后保存下來的。

　　20世紀60年代末，科學(xué)家測定取自月球表面的巖石標本，發(fā)現(xiàn)月球的年齡在44至46億年之間。于是，根據(jù)目前最流行的太陽系起源的星云說，太陽系的天體是在差不多時間內(nèi)凝結(jié)而成的觀點，便可以認為地球是在46億年前形成的。然而，這是依靠間接證據(jù)推測出來的。事實上，至今人們還沒有在地球自身上發(fā)現(xiàn)確鑿的檔案”，來證明地球活了46億年。

　　很早以前，人們曾試圖用地球上發(fā)生的一般物理化學(xué)過程來估算地球的年齡，如根據(jù)地球表面沉積巖的積累厚度，海水含鹽度隨時間的增加，地球內(nèi)部的冷卻率等等。但是這些過程的變化速率在地球歷史上是不恒定的，因此不可能得到正確的年齡估計。直到1896年放射性元素被發(fā)現(xiàn)以后，人們才找到了一種以恒定速率變化的物理過程來測定巖石和地球的年齡。就目前的測試水平，可以認為放射性元素的衰變速率在任何物理化學(xué)條件下都是恒定的。

　　根據(jù)放射性衰變原理，如果已知放射性母體同位素的衰變常數(shù)及母、子體同位素的比值，那么只要測定巖石或礦物中某種放射性母體同位素及其衰變成的子體同位素的含量，一般說來就可以計算出該巖石體系的形成年齡。設(shè)有一放射性元素，開始時只有N0個原子，過了t時間，由于衰變，只剩下N個原子并產(chǎn)生D個新原子，按照衰變規(guī)律（λ為衰變常數(shù)），λ為已知,D/N為巖石或礦物中所含子體元素的原子數(shù)對母體元素的原子數(shù)之比，這一值是可以測定的。

　　根據(jù)這個公式就可以計算出巖石或礦物形成的年齡。20世紀以來,已先后建立了用U→Pb、U→Pb、Th→Pb、K→Ar、Rb→Sr、和Sm→Nd等放射性衰變系列然而要進一步確定地球的年齡并非如此簡單。因為地球表面的巖石并不是在地球形成時就存在的。由于地球內(nèi)部的運動和化學(xué)變化，它們曾經(jīng)歷了多次分異、熔融和改造。因此要計算地球的年齡還必須解決一系列的理論和實驗技術(shù)問題。

　　鈾的兩個放射性同位素U 和U衰變而成Pb和Pb。但沒有任何一種放射性同位素衰變形成Pb。因此Pb 的量在地球形成以來是不變的。這樣Pb/Pb和Pb/Pb 兩對同位素比值在地球歷史上將不斷增長。地球上現(xiàn)在形成的大洋沉積物，以及島弧地區(qū)的火山巖和方鉛礦是各大陸地殼和地幔物質(zhì)經(jīng)過充分混合后形成的，因此它們的鉛同位素組成可以近似代表現(xiàn)代地球鉛的平均組成。

　　地球現(xiàn)代鉛同位素的最佳測定值為αp(Pb/Pb)=18.700～18.773，β p(Pb/Pb)=15.600～15.628。如果取地球形成時的原始鉛同位素組成相當于隕石的原始鉛（根據(jù)鐵隕石中一種不含鈾的礦物即隕硫鐵的鉛同位素α0(Pb/Pb)=9.307，β 0(Pb/Pb)=10.294）,由于這兩種衰變系列都是從鈾衰變?yōu)殂U，因此可以從放射性衰變公式導(dǎo)出如下的關(guān)系式：

　　

　　

　　式中λ′和λ分別是U和U 的衰變常數(shù)。從公式可以計算出惟一的未知量地球年齡 T0。計算表明T0為44.3～44.5億年。

　　在地球歷史上，從37億年前到現(xiàn)代的各個時代都形成了一些含方鉛礦的層狀礦床。這些方鉛礦的鉛是在不同時間ti從地殼和地幔中分異出來的。因此它們可以代表地球各個時期的平均鉛同位素組成(αi，βi)。如果將βi對αi作圖,可以近似符合一條單階段的生長曲線（即它們是從U/Pb比值近于一致的巖石體系中分異出來的）

　　在地球歷史的不同時期形成了大量火成巖，其中有不少巖體幾乎沒有受到晚期變質(zhì)作用的影響。如果在這些火成巖的同一巖體中取不同的巖石樣品進行鉛同位素分析，就可以發(fā)現(xiàn)它們的鉛同位素組成 βj與αj 之間往往存在著極好的線性關(guān)系

　　對地球年齡最可靠的估計是借助于隕石的年齡測定。太陽系中的行星體大體上是在同一時間形成的。隕石是小行星破裂的碎塊。由于小行星體積較小，它的內(nèi)部放射能一般不足以引起再熔融，因此隕石中的放射性衰變系列的產(chǎn)物記錄了小行星體凝聚的時間。如果將所有隕石的Pb/Pb對Pb/Pb作圖,則它們都落在一條直線上（Pb-Pb等時線）。地球的現(xiàn)代鉛也同樣落在這條線的附近。這進一步證明了所有隕石與地球是大體同一時間形成的假設(shè)。根據(jù)各類隕石及其不同礦物的Pb-Pb等時線計算表明,地球年齡為45.3～45.7億年。

　　應(yīng)用 Rb-Sr等時線方法對各類隕石的測定結(jié)果，年齡值也主要落在45.4～45.7億年之間。有兩個無球粒隕石已用Sm－Nd等時線法確定了年齡，為45.5～45.6億年。地球的衛(wèi)星──月球是離地球最近的太陽系成員，它的內(nèi)能也不足以引起強烈的熔融作用，因此月球表面仍保留了許多它形成時的原始物質(zhì)。用Rb－Sr等時線法測得月球表面上最古老的巖石年齡為45.2～46.0億年，粉塵的年齡也達46億年。因此太陽系行星體的形成時間最可能是在45.5～45.7億年左右。