地球的年齡到底是多少歲呢？這個問題爱沟，一直困擾著地球上的很多“杞人憂天”的人們帅霜。他們想知道自己賴以生存的地球到底從哪里來，最終又會到哪里去钥顽。
如果知道了地球的年齡义屏，是不是就可以知道地球現(xiàn)在是處于生命的那個階段？也可以知道地球還有多長時間的生命蜂大？總之闽铐，“杞人憂天”的人們對地球媽媽真實年齡的好奇心，從沒有停止過奶浦。
那么兄墅，地球的年齡到底多少歲了呢？
前兩篇文章分別講述了“熱星冷卻”澳叉、“海水咸化”和“沉積成巖”三種理論在地球年齡方面的嘗試隙咸。
事實上沐悦，從1687年牛頓提出“熱星冷卻”假說，到1913年赫爾姆斯的“沉積巖理論”五督，經(jīng)歷了226年的時間藏否。
期間，眾多的物理學(xué)家充包，天文學(xué)家副签、化學(xué)家、生物學(xué)家都參與了大量的工作來推導(dǎo)地球的年齡基矮。但始終沒有哪一個結(jié)果能夠壓倒性的征服其它假說結(jié)論淆储。
這足以說明，之前的研究家浇，絕對沒有找到最合理的證據(jù)或者方法本砰。
上帝在關(guān)上一扇門的時候，可能真的會打開一扇窗钢悲。
就在眾多科學(xué)家對地球年齡彷徨無奈点额、靈感枯寂之時，物理界傳來了轟動世界的消息——“放射性”被發(fā)現(xiàn)了譬巫。
這一發(fā)現(xiàn)猶如平地一聲驚雷咖楣，一出現(xiàn)就震驚了整個科學(xué)界，也成為開啟現(xiàn)代科學(xué)大門的新鑰匙芦昔。
等等，放射性真的這么厲害嗎娃肿？能平息科學(xué)界對地球年齡的爭端嗎咕缎？
別急，我們先從放射性的發(fā)現(xiàn)講起料扰。
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倫琴拉開了“放射性”世界的導(dǎo)火索
1895年凭豪，德國物理學(xué)家倫琴（W.Roentgen）發(fā)現(xiàn)了轟動世界的X射線（該技術(shù)最常見的應(yīng)用就是“醫(yī)學(xué)上用X光來投射人體形成影像”），由此拉開了現(xiàn)代科學(xué)的原子級思考序幕晒杈。
受此啟發(fā)嫂伞，法國科學(xué)家亨利·貝克勒爾（Henri Becquerel）于1896年在鈾鹽中發(fā)現(xiàn)了類似X射線的輻射，但與倫琴射線不同拯钻，鈾鹽輻射與外界激發(fā)無關(guān)帖努，而是鈾鹽自動散發(fā)出來的——這就是“放射性”現(xiàn)象。
隨后粪般，瑪麗居里和皮埃爾居里研究出了測試原子放射性的方法拼余。就此打開了放射性技術(shù)廣泛應(yīng)用的大門。
他們?nèi)晃锢韺W(xué)家也因此共同分享了1903年的諾貝爾物理學(xué)獎亩歹。
放射性的出現(xiàn)匙监，猶如打開了潘多拉魔盒凡橱。在隨后的幾十年里，很多科學(xué)家都投入到了放射性研究方面亭姥。
一方面稼钩，新的化學(xué)元素不斷被發(fā)現(xiàn)，如居里夫人發(fā)現(xiàn)了釙和鐳（ 由此也獲得了1911年的諾貝爾化學(xué)獎）达罗。另一方面变抽，放射性的深入研究，也使得該理論和技術(shù)很快應(yīng)用到醫(yī)學(xué)氮块、化學(xué)绍载、軍事、能源滔蝉、攝影击儡、地質(zhì)、考古等行業(yè)蝠引。
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? ? ? ? 探秘放射性密碼
經(jīng)過貝克勒爾等科學(xué)家的研究阳谍，已經(jīng)知道放射性現(xiàn)象來自一些很重的化學(xué)元素。
那么螃概，這些化學(xué)元素為什么會發(fā)生發(fā)射性呢矫夯？
1902年，一個名叫盧瑟福（E· Rutherferd）的英國物理學(xué)家和他的搭檔發(fā)現(xiàn)了發(fā)射性的密碼吊洼。
他們認(rèn)為“放射性產(chǎn)生于不穩(wěn)定的元素衰變?yōu)榉€(wěn)定元素的過程”训貌。
也就是說，元素衰變的過程冒窍，就是原子核中質(zhì)子脫離原子核的掌控递沪、導(dǎo)致原子核解體的過程，逃逸的質(zhì)子粒則形成不同的粒子流综液，也就是各種射線（X射線款慨、γ射線等），這就是放射性過程谬莹。
而對放射性元素來說檩奠，質(zhì)子逃逸的過程則是元素衰變的過程。
那么附帽，元素中為什么會有能量逃逸現(xiàn)象呢埠戳？
我們知道，元素是由位于中心的原子核和圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子組成的士葫。而原子核是元素的本質(zhì)特征乞而，如果原子核發(fā)生變化，那么元素就會變成新的元素慢显。
舉個不恰單的例子吧爪模。
如果把一種元素的原子核比作一個班集體欠啤，那么核內(nèi)的質(zhì)子就像是很多學(xué)生一樣。有的學(xué)生學(xué)習(xí)特別好屋灌、能量很足洁段，班里教的內(nèi)容他早就學(xué)會了，導(dǎo)致班級內(nèi)的學(xué)習(xí)任務(wù)沒法束縛他共郭，于是他就離開這個班跳級了祠丝，有的學(xué)生甚至從一年級直接跳到三年級、四年級除嘹。元素里面也一樣写半，原子核里面的質(zhì)子受到的排斥力大于束縛力時，質(zhì)子就會脫離開原子核的束縛發(fā)生逃逸尉咕，逃逸的過程就像學(xué)生的跳級一樣叠蝇。
不同的是，學(xué)生跳級后年缎，人數(shù)減少的班集體還是那個班集體悔捶，但是元素是按照核內(nèi)質(zhì)子數(shù)定義的，少了一個質(zhì)子就會變成其它的元素单芜。因此蜕该，放射性發(fā)生的過程，也是元素能量降低的過程洲鸠，也稱為衰變的過程堂淡，也是產(chǎn)生新元素的過程。
元素發(fā)生衰變后坛怪，母體元素原子核中質(zhì)子數(shù)量就會減少淤齐，元素也就變成了一種新的元素——子元素。如鈾元素（質(zhì)子數(shù)是92）可以衰變?yōu)殂U元素（質(zhì)子數(shù)是82）袜匿，鈾就是母體元素，鉛則是子元素稚疹，衰變的過程釋放了10個質(zhì)子居灯。
弄明白放射性原理以后，我們就要開始討論：放射性能在地球年齡方面發(fā)揮什么作用呢内狗？
（1）找到了開爾文計算結(jié)果錯誤的根本原因
1902年怪嫌，31歲的盧瑟福很快將放射性現(xiàn)象和地球年齡問題聯(lián)系了起來，他發(fā)現(xiàn)放射性現(xiàn)象在釋放出α離子的同時柳沙，還會釋放出很多能量岩灭。因此，他很快將這些能量與地球的熱量結(jié)合了起來赂鲤，認(rèn)為“鐳的放射性會放出熱量改變地球內(nèi)部的熱狀態(tài)”噪径，也就是說地球表面的熱量并不是一直冷卻的柱恤，這與之前“熱星冷卻”認(rèn)為地球熱量一直在減少的假設(shè)背道而馳。因此找爱，自然也就證明了開爾文計算結(jié)果的局限性梗顺。
1904年，盧瑟福在應(yīng)邀去倫敦皇家學(xué)院發(fā)表演講時车摄，公開闡述了放射性對地球年齡科學(xué)研究的意義寺谤。
（2）發(fā)展了放射性測年技術(shù)
1907年，美國的化學(xué)家伯特拉姆·博爾特伍德（BertramBoltwood）發(fā)現(xiàn)吮播，經(jīng)過一系列的衰變過程变屁，鈾元素會最終衰變?yōu)榉€(wěn)定的鉛元素。
從概率上說意狠，雖然不知道放射性元素具體從什么時候開始發(fā)生衰變粟关；但從統(tǒng)計學(xué)的角度看，一半質(zhì)量的元素發(fā)生衰變所需要的時間是恒定的摄职，也就是半衰期不變誊役。
等等，啥子叫半衰期呢谷市？呃蛔垢，舉個吃貨的例子吧！
比如說你想吃臘八蒜了迫悠，而你手中只有新鮮的蒜瓣鹏漆。你需要將新蒜腌制成臘八蒜，而新蒜完全腌制成臘八蒜的時間是10天创泄，那么這個時間的一半（5天）就是半衰期艺玲。什么意思呢？就是新蒜的一半變成臘八蒜的時間鞠抑。知道了這個規(guī)律饭聚，我們就可以根據(jù)臘八蒜和新蒜的比例計算出這罐蒜腌制的時間。
聰明的地質(zhì)學(xué)家們就想：地球上有很多放射性元素搁拙，如果能找到一種放射性元素和衰變產(chǎn)物同時存在于一塊巖石中秒梳，那不就是同時找到新蒜和臘八蒜的例子嗎？
根據(jù)這個思路箕速，Boltwood計算了北美酪碘、挪威、錫蘭等10個地點(diǎn)的鈾礦物盐茎，認(rèn)為地球的年齡是22億年兴垦，這說明地球的年齡至少應(yīng)該比22歲要老。
這一結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于之前各種原理計算出的地球年齡，令科學(xué)界大為振奮探越。同時狡赐，這也是地質(zhì)年代測量的激動人心的突破。
由此扶关，也奠定了“鈾——鉛時鐘”的殊榮阴汇。
那么，這一結(jié)果是否正確呢?當(dāng)時并不知道节槐！
7年后的1914年搀庶，專心研究放射性的盧瑟福先生在卡文迪什實驗室用質(zhì)譜儀首次測出了同位素（同一元素的不同形態(tài)），1927年铜异，阿斯頓發(fā)現(xiàn)了鉛的三種同位素哥倔，鉛205、鉛206揍庄、鉛207咆蒿。那么，Boltwood的“鈾——鉛時鐘”到底是衰變成了那種鉛呢蚂子？
事實上沃测，Boltwood當(dāng)時并不知道鈾有兩種同位素，即鈾238和鈾235食茎，二者均是放射性的蒂破；也不知道鉛有四種同位素（鉛204、鉛205别渔、鉛206附迷、鉛207），而鈾238僅僅衰變成鉛206同位素哎媚，鈾235最終衰變成鉛207喇伯，并且鈾235衰變比鈾238運(yùn)轉(zhuǎn)快6.5倍。因此拨与，實際上存在兩個“鈾——鉛”時鐘稻据。但Boltwood把他們攪和在一起了，這也導(dǎo)致測定結(jié)果沒有了參考的價值买喧。
1929年攀甚，盧瑟福重新計算了星體中由熱分子過程形成的鈾被排出的時間，認(rèn)為這個時間不超過34億年岗喉。
1942年，俄羅斯地球化學(xué)家蓋林(Galin)從鈾同位素的半衰期知道了鉛同位素組成變化的速率炸庞，他選擇方鉛礦作為地球內(nèi)部的時鐘钱床。方鉛礦礦石中的鉛是以某種方式來自地球的最深層，徹底與其相關(guān)的鈾分離埠居，其鉛同位素成分在鉛礦形成時完全被凝結(jié)在其中查牌。如果知道地球從太陽系星云收縮時地球初始鉛同位素含量事期，那么就可以從方鉛礦時鐘上的讀數(shù)中減去這個最初讀數(shù)，地球形成和方鉛礦形成的時間差就是地球年齡纸颜。
蓋林選來自南格陵蘭島伊維赫圖特的方鉛礦進(jìn)行分析兽泣。
他發(fā)現(xiàn)這一時期鉛讀數(shù)和現(xiàn)代礦石時鐘讀數(shù)的差值約為31.3億年。
但是胁孙，當(dāng)時第二次世界大戰(zhàn)激戰(zhàn)正酣唠倦，這一成果并沒有引起科學(xué)界的注意。
二戰(zhàn)結(jié)束后涮较，英國地質(zhì)學(xué)家的亞瑟·霍姆斯(ArthurHolmes)和德國物理學(xué)家弗里茨·豪特曼斯(FritzHoutermans)分別對格爾林同樣的資料進(jìn)行了分析稠鼻。到1946年，已經(jīng)基本明確地球的年齡至少有30億年狂票。
但是候齿，方鉛礦毫無疑問是在地球形成很久以后才形成的，其讀數(shù)自然與初生的地球時鐘不一致闺属。為了使計算進(jìn)一步精確慌盯，必須尋找更早的方鉛礦與地球鈾——鉛最早的照片進(jìn)行比較。
1947年,豪特曼斯和美國加州理工學(xué)院的化學(xué)家哈里森·布朗(H.Brown)指出：鐵隕石實際上不含鈾掂器。因此亚皂，鐵隕石所含的鉛因隕石結(jié)晶而總是保持不變。
所以唉匾，如果鐵隕石與地球在同時形成孕讳，并且俘獲同樣的同位素組成的鉛，那么格爾林就缺了一張快照———地球形成時的鉛同位素組成巍膘，即在地球年齡真正時間零點(diǎn)——鉛時鐘上地球年齡讀數(shù)的那張快照厂财。為了準(zhǔn)確測定地球的年齡，你所要做的就是測定鐵隕石中的鉛的同位素組成(即時鐘盤上的零點(diǎn)讀數(shù))峡懈，準(zhǔn)確測定現(xiàn)代方鉛礦中鉛的同位素以及求兩個時鐘讀數(shù)的差值璃饱。
1953年，美國地質(zhì)化學(xué)家克雷爾帕特森（C.Betson)等人在diablocanyon的火山坑的鐵隕石上發(fā)現(xiàn)了“鈾——鉛”時鐘上的零點(diǎn)讀數(shù)肪康，即鉛的原始同位素成分荚恶。之后，又來自海洋沉積巖的鉛的同位素獲得了現(xiàn)代時鐘的讀數(shù)磷支，兩者相減谒撼，得到地球的年齡為45.1億年。
帕特森杰出的分析工作立即得到廣泛承認(rèn)，他測定的45億年的地球年齡也被廣泛接受。
那么台丛，這個結(jié)論對不對呢缚柏？
地球的年齡終于有了一個比較確切的結(jié)論辩蛋。如果人類對放射性的認(rèn)識沒偏差的話呻畸，這個結(jié)論應(yīng)該是可信的。
但是從地球年齡的研究歷史來看悼院，每一次假說的提出伤为，都能很好的突破當(dāng)時的認(rèn)識局限性，提現(xiàn)科學(xué)的先進(jìn)性据途。
但后續(xù)的新技術(shù)和新理論绞愚，總能一針見血的指出原假設(shè)的弱點(diǎn)，推翻之前的結(jié)論昨凡。
