地球，是浩瀚宇宙的一部分，

渺小的如一粒尘埃；

却孕育了生命，

是人类世世代代生存的家园，如此伟大！

从人类有好奇心和求知欲开始，

对神秘地球的探索就从未停止过。

而在众多值得思考的问题当中，

'地球是如何形成的'，

'它存在了多久'，

一直都是热门中的热门。

自17世纪开始，对这个问题的探讨历经了300年之久，涌现出了大批致力于此的学者。无奈历史只能记住其中具有代表性的几个。他们是谁？做了什么？又是怎样推动科学问题前进的呢？

不妨让我们站在古人的角度，沿着科学发展的脉络，捋一捋这个重要科学问题是如何被揭开神秘面纱的。

早在17世纪，人们就抑制不住内心的好奇，在求索人与自然关系的过程中逐渐发现，地球的年龄始终是绕不开的话题。那是被基督教统治长达十几个世纪的西方世界，地球的年龄不过是一个神学问题，只能从上帝的默许--《圣经》中寻找答案。

《圣经》中记载，上帝创造天地之后，便创造了人类的祖先—亚当和夏娃，代代相传的家谱也详细记载于《圣经》中。因此从理论上讲，顺着家谱，能够计算出创造天地的时间。

爱尔兰主教雅各·阿瑟对《圣经》的记载详细考证，“精确”推算出地球是公元前4004年10月26日上午9时由上帝所造，也就是距今6000年左右的时间。

大主教 雅各·阿瑟

然而这一说法，无法解释需要漫长演化过程的地质现象—海陆变迁，山脉隆起等，以及漫长的生物演化过程。于是，不同领域的启蒙科学家们都跃跃欲试，开始寻找《圣经》之外的计算方法。

最想知道地球年龄的当然是地质学家们，没有这个前提，很多地质现象都无法科学的解释。最初，法国自然科学家德梅耶指出，在内陆高山上有海贝化石，这就说明高山曾经位于海水中。海平面的升降速率是十分缓慢的，据他计算每100年只能下降3英尺，地球上最高的山峰以这样的速率下降，大约需要20亿年，这也就是地球的最小年龄。1893年，里德（Reede）根据沉积速率和沉积岩的总厚度进行估算，得出从寒武纪到现代需要6亿年的时间。科学家们又从海洋中钠含量的积累量计算海洋的年龄至少10亿年，从而限制地球年龄的上限。

虽然这些推算都不够严谨，漏洞百出，却是在正确方向上迈出的关键一步。地质学家的推算结果同样为生物学家所欢喜，因为生物进化也需要漫长的时间。

尽管科学家们一致认为，地球的年龄是非常古老的，至少数十亿年，但如此粗略的估算显然不能令严谨的物理学家满意，他们试图给出更精确的答案。

1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中提出，物体散热的速率跟它的大小呈正比，例如，一个烧的通红的直径为1英尺的铁球，需要1个小时才能散去所有热量。牛顿的这一理论为后人计算地球的年龄指出了一条道路，因为地球最初也是一颗炽热的球体，冷却到现在需要的时间，就是地球的年龄。

牛顿 布封 开尔文勋爵 （1643-1727） （1707-1788） （1824 –1907）

法国博物学家布封（Georges-Louis Leclerc de Buffon），是沿着这一方向探索的众多学者之一，他选取物质组成和地球差不多的球体来加热到通红，然后再将热量全部散去，记录下所用的时间。根据球体与地球直径的比例，可以相应的计算出，如果通红的地球散去所有热量所用的时间，大概是7万多年（74832年）。然而，布封私底下也承认，他的计算大大低估了地球的年龄。

01

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炽热的地球→冷却的地球

尽管如此，100年后的物理学家仍然不放弃，继续沿用牛顿和布封的思路，试图得出更精确的年龄。其中的代表者就是19世纪首屈一指的大物理学家，皇家学会会长，入选英国上议院的开尔文勋爵—威廉汤姆逊。他于1862年发表论文，运用热力学的方法，“精确”计算出地球的年龄为2000万—4000万之间。

虽然这一年龄比地质学家们解释地质过程所需要的数亿年小太多，但开尔文勋爵是最声名显赫的大科学家，他的推算，还是统治了科学界长达50年之久。

就在开尔文勋爵精确计算地球年龄的近时，元素的放射性被德国物理学家首次发现。物理学家再次踏入地质学的地盘，然而这次带来的却是曙光。之后数十年的时间，科学家不断探索发射性同位素的衰变原理，衰变周期，以及在定年上的应用。

简单说来，放射性是某一部分元素所具有的特殊性质，使得这个元素能够通过释放一些粒子而转变成其他元素（衰变），例如238U（铀）可变成206Pb（铅），235U（铀）可变成207Pb（铅）。不同的放射性元素，衰变速率也是不一样的，例如238U衰变一半需要44.7亿年，而235U衰变掉一半则需要7亿年。无论外界条件如何变化，衰变速率保持不变，这也就是“原子钟”，雷打不动。如此，科学家们就可以通过某种含有U元素的物质中，有多少238U衰变成了206Pb来计算这个物质的年龄。

原子经过衰变变成一个新的原子

于是，科学家们将眼光放在地质过程中形成的含U元素的岩石、矿石和矿物，通过测量里面的U、Pb含量和比例来确定它们的形成年龄。然而，要寻找地球形成之初一直保留至今的岩石或矿物，几乎是不可能的，所有的物质都经历了后期地质过程的改造。

就在这时，有一样物质为科学家们带来了惊喜，那就是陨石。陨石就是地球之外，太阳系内其他小天体撞击地球而落下的石头。对大量陨石的测年结果显示，无论他们的成分是否一样，也不管是何时落在地球上，他们都具有相同44-45亿年的年龄。这就证明，陨石是在太阳系内行星形成之初就形成的，他们与地球的年龄是一样的！！

陨石

1956年，帕特森（Pattern）对陨石中的U、Pb同位素进行测量，获得了45.5亿年的年龄，这也是世界上第一个获得地球年龄的数据。2002年，澳大利亚地质学家Yuri Amelin通过对陨石中U、Pb同位素比值的测定，获得了45.67亿年的地球年龄。

帕特森测得的45.5亿年的年龄

Amelin测得的45.67亿年的年龄

至此，运用放射性同位素对陨石的年龄进行测定，进而代替地球的年龄这一方法被学术界所接受，45.67亿年也成为目前公认的最精确的地球年龄。

历经300余年，终于得到了精确的地球年龄，探索道路可谓是充满艰辛。不过，任何一个科学问题的解决，都不是一朝一夕的事情，那是几代人，几个世纪的努力。旧的问题解决，新的问题又不断冒出来，科学探索是永无止境的！向每一位为科学发展做出贡献的学者致敬~

参考文献

地球年龄“计时器”. 2009. 梅文亭. 走进科学.

关于地球年龄的争论. 1989. L. Badash. 《科学；中文版》.

地球年龄探究史话. 2004. 方修琦, 孟胜修. 《地理教学》.

科学大争论—地球年龄有多大. 2011. 方舟子. 《飞碟探索》.

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