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地球年齡（地球開始形成到現在的時間）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-17

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地球年齡

地球開始形成到現在的時間

地球年齡是地球從原始的太陽星云中積聚形成一個行星到如今的時間?？茖W家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的時間，地球的地質年齡是指地球上地質作用開始之后到時間。從原始地球形成經過早期演化到具有分層結構的地球，估計要經過幾億年，所以地球的地質年齡小于它的天文年齡。

基本信息

中文名	地球年齡
外文名	The Earth's age
天文年齡	45.5億年
相關	地球起源的假說
實質	地球的地質年齡小于它的天文年齡
分類	天文
別名	The age of the Earth
天文年齡釋義	地球開始形成到現在的時間

收起

簡要介紹

關于地球年齡的問題，有幾種不同的概念。地球的天文年齡是指地球開始形成的時間，這個時間同地球起源的假說有密切關系。地球的地質年齡是指地球上地質作用開始之后到時間。從原始地球形成經過早期演化到具有分層結構的地球，估計要經過幾億年，所以地球的地質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43.74億年，地球的地質年齡一定比這個數值大。地質年齡是地質學研究的課題；通常所說的地球年齡是指它的天文年齡。

主要定義

地球年齡

地球從原始的太陽星云中積聚形成一個行星的時間。地球年齡約為46億年。關于地球年齡的概念，地球的天文年齡是指地球開始形成的時間。通常所說的地球年齡是指它的天文年齡。

計算方式

計量地球所經歷的時間，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。

17世紀英國的烏舍爾主教按《圣經》的記載推算出，地球是上帝在公元前4004年時創(chuàng)造的。

地球年齡

最早嘗試用科學方法探究地球年齡的是英國物理學家哈雷。

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。

1854年，德國偉大的科學家赫爾姆霍茨根據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。

這些數字遠遠小于地球的實際年齡，但作為早期嘗試還是有益的。

1953年地球化學家克萊爾·彼得森利用同位素法最早測定了地球的年齡約為45.5億年

到了20世紀，科學家發(fā)明了同位素地質測定法，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。

根據這種辦法，科學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，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，科學家測定取自月球表面的巖石標本，發(fā)現月球的年齡在44至46億年之間。

于是，根據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凝結而成的觀點，便可以認為地球是在46億年前形成的。

然而，這是依靠間接證據推測出來的。

事實上，人們還沒有在地球自身上發(fā)現確鑿的檔案，來證明地球活了46億年。

科學原理

地球年齡

很早以前，人們曾試圖用地球上發(fā)生的一般物理化學過程來估算地球的年齡，如根據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條件下都是恒定的。根據放射性衰變原理，如果已知放射性母體同位素的衰變常數及母、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個原子并產生D個新原子，按照衰變規(guī)律（λ為衰變常數），λ為已知,D/N為巖石或礦物中所含子體元素的原子數對母體元素的原子數之比，這一值是可以測定的。根據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等放射性衰變系列測定巖石年齡的各種方法。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。由于地球內部的運動和化學變化，它們曾經歷了多次分異、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問題。

年齡下限

地球的各大陸都存在著一些古老的穩(wěn)定地塊，如西格陵蘭、西澳大利亞和南非等地區(qū)。這些地塊上的巖石在地殼形成的初期就已經存在了，而且沒有發(fā)生過后期的重熔改造。70年代已用Rb-Sr、U-Pb和Sm－Nd法精確地測定了這些巖石的年齡，其中最古老的巖石在澳大利亞（42億年，鈾鉛法）和圭亞那（41.3±1.7億年，銣鍶法）。這一年齡可以代表地殼形成時間的下限。

年齡上限

地球年齡

利用關于元素起源的理論可以給出地球年齡的上限。元素形成以后才形成太陽星云，繼而地球等行星又從太陽星云中分異凝聚形成。根據核子合成的理論，鈾同位素U和U在元素形成時的比例大約為1.64:1。它們形成以后就以自己固有的速率進行衰變，而且U要比U衰變得更快。因此地球上鈾的這兩個同位素的豐度比是1:137.88。根據這兩個比值，我們可以估算元素的年齡為66億年。盡管不同的理論對鈾同位素形成時豐度比的估算存在著差別，但這一年齡不會小于50億年。

現代鉛

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經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代地球鉛的平均組成。地球現代鉛同位素的最佳測定值為αp(Pb/Pb)=18.700～18.773，βp(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，β0(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出如下的關系式：

關系式1

(1)

式中λ′和λ分別是U和U 的衰變常數。從公式(1)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。

礦石鉛

在地球歷史上，從37億年前到現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）

巖石鉛

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系

間接方法

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。根據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。應用 Rb-Sr等時線方法對各類隕石的測定結果，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。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。

上述幾種方法都不同程度地依賴于太陽系所有行星體同時形成的假設。更精確的研究成果證明，太陽系行星體起源仍存在著小的時間差別，因此要獲得地球更精確的年齡值有待于進一步的深入研究。

參考資料

[1]

科學家證實地球最古老巖石年齡為43.74億歲 · 騰訊科技[引用日期2016-10-28]

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