地質(zhì)時(shí)鐘

1、地質(zhì)時(shí)鐘為追溯地球的歷史，需要知道地質(zhì)體的年齡，推算各種地質(zhì)事件發(fā)生的時(shí)代。地質(zhì)學(xué)家們已經(jīng)研究出各種關(guān)于巖石和構(gòu)造的相對(duì)和絕對(duì)年代測(cè)定的方法，以致可以把地質(zhì)事件按年代順序進(jìn)行編排。一個(gè)巖石單位的相對(duì)年代是由它與相鄰已知巖石單位的相對(duì)層位的關(guān)系來(lái)決定。絕對(duì)年齡是用距今多少年以前來(lái)表示，并且是通過(guò)某種巖石樣品所含放射性元素測(cè)定的。地質(zhì)時(shí)間的早期估算1658年，愛(ài)爾蘭大主教厄謝爾（J.Ussher）認(rèn)為地球誕生于公元前4004年，這個(gè)時(shí)間是以

2、圣經(jīng)里的紀(jì)年做為基礎(chǔ)計(jì)算出來(lái)的，這是十八世紀(jì)晚期和十九世紀(jì)的地質(zhì)學(xué)家所不能接受的。因?yàn)榇蠖鄶?shù)地質(zhì)學(xué)家，甚至包括維爾納和布豐（Buffon）這樣的水成論者也認(rèn)為，地殼沉積巖的形成至少需要幾萬(wàn)年。（一）沉積速率：早在公元前五世紀(jì)，希羅多德（Herodotus）已對(duì)尼羅河三角洲進(jìn)行了研究。他根據(jù)沉積物沉積的年速率推斷，該三角洲必定有幾千年的歷史。后來(lái)，尤其在十九世紀(jì)末和二十世紀(jì)初，人們?cè)鶕?jù)沉積巖最大厚度與沉積速率來(lái)計(jì)算地球的年齡。自從地球形

3、成以來(lái)，估計(jì)已經(jīng)沉積了厚33，000100，000米的沉積巖，而沉積速率的估計(jì)變化相當(dāng)大，每百萬(wàn)年從503000米。地球年齡估算結(jié)果是17至1584百萬(wàn)年。（二）海洋里的鹽：早期人們?cè)噲D根據(jù)海洋內(nèi)的全部鹽量與每年增加的鹽量的比較來(lái)確定地球的年齡。這個(gè)方案是假設(shè)在地球歷史上海洋開(kāi)始的初期為淡水水體。估計(jì)海洋里含鹽的全部總量為161012噸，而每年增加160百萬(wàn)噸鹽（主要來(lái)自巖石及土壤風(fēng)化和河流溶解所攜帶的鹽）。用這種推論方法，地球的年齡

4、大約是100百萬(wàn)年。但是這個(gè)計(jì)算沒(méi)有考慮世界許多地方在沉積巖系中出現(xiàn)的大量鹽。（三）冷卻速率：十九世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文（L.Kelvin）根據(jù)地球的冷卻速率確定地球的年齡為70百萬(wàn)年。凱爾文假設(shè)地球開(kāi)始是從太陽(yáng)拋出的一個(gè)熔融體，而且地球最初的溫度是平均火成巖的熔融點(diǎn)。這個(gè)計(jì)算的錯(cuò)誤在于開(kāi)爾文假設(shè)地球內(nèi)部不存在熱的來(lái)源。因那時(shí)還不知道放射性衰變能釋放大量的熱能。這有個(gè)故事：氡是放射性氣體元素，它不斷地產(chǎn)生氦氣。鈾是不產(chǎn)生射氣的，它會(huì)不

5、會(huì)也不斷地產(chǎn)生氦氣呢？應(yīng)該做一下試驗(yàn)。索地把一些含鈾的物質(zhì)放在大燒瓶里，把燒瓶里的空氣抽掉，把瓶口封死。過(guò)了一年，索地打開(kāi)燒瓶，取出瓶?jī)?nèi)的氣體作光譜分析。果然，氣體的光譜中出現(xiàn)了氦的諾線。雖然氦氣的量不多，但是證明了鈾也在產(chǎn)生氦氣。原來(lái)，從放射性元素放出來(lái)的看不見(jiàn)的射線，可以分為α、β和γ三種射線。其中的α射線，實(shí)際上就是無(wú)數(shù)的失掉了電子的氦原子。為什么鈾礦和釷礦中會(huì)有氦氣呢？這些氦氣正是放射性元素鈾和釷產(chǎn)生的。索地又在大燒瓶中裝了10

6、00克鈾。一年之后，他從燒瓶中得到了0.1立方毫米的氦氣。這個(gè)氣泡只有0.00000002克重。鈾產(chǎn)生氦氣的速度是非常慢的，一噸鈾每年也只能產(chǎn)生0.00002克的氦氣。為什么釔鈾礦和其他的放射性礦物中，含有許多氦氣呢？盧瑟福研究了這個(gè)問(wèn)題，產(chǎn)生了這樣一個(gè)想法：釔鈾礦里含的氦氣多，說(shuō)明這礦石的歷史長(zhǎng)久。每年只產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)氦氣，經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)、幾千萬(wàn)、甚至幾億年，積累起來(lái)就多了。只要我們分析一下鈾礦中現(xiàn)在有多少氦氣，還剩下多少鈾，又知道鈾生成氦氣

7、的速度，就可以算出這塊礦石是多少年前生成的了。這方法真是妙極了！氦成了地質(zhì)學(xué)家研究礦石年齡的“時(shí)鐘”。這是1904年盧瑟福提出來(lái)的。在此以前，人們很難知道礦物和巖石的年齡有多大，因?yàn)閹r石是不會(huì)自己說(shuō)話的。雖然有各種各樣的估計(jì)，但是都非常不可靠。利用了放射性方法，巖石自己說(shuō)話了。你要知道某一個(gè)地方的煤是什么時(shí)候生成的嗎？那只要在生成那種煤的地層中找出一種放射性礦物就行了。英國(guó)物理學(xué)家斯特萊特選了一塊赤鐵礦，經(jīng)過(guò)分析，這塊赤鐵礦中有鈾，也有