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变幻多彩的地球

作者: 陶世龙

地球的年龄有多大



原载1965年《你知道吗》。
  你知道地球生成以来,已经度过了多少岁月呢?
  很早以前就有人想回答这个问题。
  人们想到了海水。海水是咸的,其中的盐被设想是从大陆上送去的,现在河流还在
不断把大量盐分带进海中。那么我们用每年全世界河流带进海中的盐分的数量,去除以
海中现有盐分的总量,这不是可以算出积累这样多的盐分,已经花了多少年吗?计算的
结果表明:大约已有1亿年。这个数字显然还不是地球的真实年龄,因为在海洋出现之
前,地球早已经出世了。而且河流带进海中的盐分的多少,不会每年一样,海中的盐分
还会因海水被风吹到岸上,而有一部分返回大陆。
  人们又在海洋里找到了另一种计时器,这就是海洋中的沉积物。随着岁月的增长,
沉积物愈来愈厚,而且大量变成了岩石——沉积岩。据估计,每3000~10000年可以造
成1米厚的沉积岩。地球上各个地质时期形成的沉积岩,加在一起总共有多厚呢?约有
100千米。算起来形成这些沉积岩共用了3亿~10亿年的时间。不过这个数字仍不等于地
球的年龄,因为在有沉积作用以前,地球也是早就形成了。
  看来需要有一种稳定可靠的天然计时器才能算出地球的年龄。这样的计时器已经找
到了,那就是地球内的放射性元素和它蜕变生成的同位素。
  1896年,铀具有天然的放射性被法国的物理学家贝克勒尔发现,随后英国的物理学
家卢瑟福提出并证实放射性元素的原子会蜕变,即自行分裂为另外的原子。例如原子量
为238的铀,蜕变的最后结果是产生出氦和原子量为206的铅。这种错比原子量为207的
普通铅重一点,但都在元素周期表上的同一位置,被称为锡的同位素。人们还发现这些
放射性元素蜕变的速度不受外界的影响,稳定不变,不过蜕变的速度和产物各不相同;
铀-238是45.1亿年变掉一半,这个时间被称为铀-238的半衰期。
  放射性元素在地球上分布很广,像钻在许多岩石中都有,它蜕变产生的氦是气体,
容易散失,铅则留了下来。因此根据一块岩石中含有多少铀及从这些铀分裂出来的铅,
就能够算出这块岩石的年龄。现在已知的最古老的岩石,是1973年在格陵兰发现的,年
龄有38亿年;1983年又在澳大利亚找到几粒年龄有41亿~42亿年的矿物颗粒。这表明距
今40亿年前后,地壳已开始形成。
  不过在地壳出现以前,地球已经存在了一段时间,因此这个数字还不等于地球的年
龄。这该怎么办呢?人们发现,地球中的铅,不止是铀-238分裂而成的,原子量为235
的铀和原子量为232的钍也在蜕变,产生出另外两种铅的同位素。而且除了放射性元素
蜕变而成的铀,地球上还有一种非放射性来源的铅,它的原子量为204(Pb204),在地
球形成之时就已存在。查出了存在于地球的这几种铅今天的比例关系,就能算出比较可
靠的地球的年龄。可惜那种非放射性来源的铅由于它的原子重,沉降到以铁、镍为主的
核心中去了(分布在上层岩石中的铅,主要是铀和钍变来的;铀和钍的原子更重,但它
们的离子半径大,随二氧化硅向上移动,跑到地球的岩石表层中来了)。但是按照地球
与太阳系其他天体都来自同一星云的理论,不妨借用铁陨石来推算,它们是太阳系中小
天体的碎片,成分接近地球核心的物质组成。
  这样计算的结果是地球的年龄约有46亿年。当然这仍不够确切,计算的结果常出入
很大,但我们对地球有多大年纪,终究有了接近真实的认识。
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