地質(zhì)時鐘

1、地質(zhì)時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)造的相對和絕對年代測定的方法，以致可以把地質(zhì)事件按年代順序進行編排。一個巖石單位的相對年代是由它與相鄰已知巖石單位的相對層位的關(guān)系來決定。絕對年齡是用距今多少年以前來表示，并且是通過某種巖石樣品所含放射性元素測定的。地質(zhì)時間的早期估算1658年，愛爾蘭大主教厄謝爾（J.Ussher）認(rèn)為地球誕生于公元前4004年，這個時間是以

2、圣經(jīng)里的紀(jì)年做為基礎(chǔ)計算出來的，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。因為大多數(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年。（一）沉積速率：早在公元前五世紀(jì)，希羅多德（Herodotus）已對尼羅河三角洲進行了研究。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，尤其在十九世紀(jì)末和二十世紀(jì)初，人們曾根據(jù)沉積巖最大厚度與沉積速率來計算地球的年齡。自從地球形

3、成以來，估計已經(jīng)沉積了厚33，000100，000米的沉積巖，而沉積速率的估計變化相當(dāng)大，每百萬年從503000米。地球年齡估算結(jié)果是17至1584百萬年。（二）海洋里的鹽：早期人們曾試圖根據(jù)海洋內(nèi)的全部鹽量與每年增加的鹽量的比較來確定地球的年齡。這個方案是假設(shè)在地球歷史上海洋開始的初期為淡水水體。估計海洋里含鹽的全部總量為161012噸，而每年增加160百萬噸鹽（主要來自巖石及土壤風(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100百萬年。但是這個計算沒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)，英國物理學(xué)家開爾文（L.Kelvin）根據(jù)地球的冷卻速率確定地球的年齡為70百萬年。凱爾文假設(shè)地球開始是從太陽拋出的一個熔融體，而且地球最初的溫度是平均火成巖的熔融點。這個計算的錯誤在于開爾文假設(shè)地球內(nèi)部不存在熱的來源。因那時還不知道放射性衰變能釋放大量的熱能。這有個故事：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，它會不

5、會也不斷地產(chǎn)生氦氣呢？應(yīng)該做一下試驗。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。過了一年，索地打開燒瓶，取出瓶內(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，從放射性元素放出來的看不見的射線，可以分為α、β和γ三種射線。其中的α射線，實際上就是無數(shù)的失掉了電子的氦原子。為什么鈾礦和釷礦中會有氦氣呢？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？盧瑟福研究了這個問題，產(chǎn)生了這樣一個想法：釔鈾礦里含的氦氣多，說明這礦石的歷史長久。每年只產(chǎn)生一點點氦氣，經(jīng)過幾百萬、幾千萬、甚至幾億年，積累起來就多了。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“時鐘”。這是1904年盧瑟福提出來的。在此以前，人們很難知道礦物和巖石的年齡有多大，因為巖石是不會自己說話的。雖然有各種各樣的估計，但是都非常不可靠。利用了放射性方法，巖石自己說話了。你要知道某一個地方的煤是什么時候生成的嗎？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。英國物理學(xué)家斯特萊特選了一塊赤鐵礦，經(jīng)過分析，這塊赤鐵礦中有鈾，也有