[拼音]：diqiu nianling

[外文]：age of the Earth

地球从原始的太阳星云中积聚形成一个行星到现在的时间。目前对地球年龄的较佳估计值为45.5亿年。

关于地球年龄的问题，有几种不同的概念。地球的天文年龄是指地球开始形成到现在的时间，这个时间同地球起源的假说有密切关系。地球的地质年龄是指地球上地质作用开始之后到现在的时间。从原始地球形成经过早期演化到具有分层结构的地球，估计要经过几亿年，所以地球的地质年龄小于它的天文年龄。地球上已知最古老的岩石的年龄是30多亿年，地球的地质年龄一定比这个数值大。地质年龄是地质学研究的课题；通常所说的地球年龄是指它的天文年龄。

计算地球年龄要有一种很大的时间尺度。任何时钟都是用具有恒定速率的运动来度量时间。计量地球所经历的时间，必须找到一种速率恒定而又量程极大的时钟。

很早以前，人们曾试图用地球上发生的一般物理化学过程来估算地球的年龄，如根据地球表面沉积岩的积累厚度，海水含盐度随时间的增加，地球内部的冷却率等等。但是这些过程的变化速率在地球历史上是不恒定的，因此不可能得到正确的年龄估计。直到1896年放射性元素被发现以后，人们才找到了一种以恒定速率变化的物理过程来测定岩石和地球的年龄。就目前的测试水平，可以认为放射性元素的衰变速率在任何物理化学条件下都是恒定的。根据放射性衰变原理，如果已知放射性母体同位素的衰变常数及母、子体同位素的比值，那么只要测定岩石或矿物中某种放射性母体同位素及其衰变成的子体同位素的含量，一般说来就可以计算出该岩石体系的形成年龄。设有一放射性元素，开始时只有N0个原子，过了t时间，由于衰变，只剩下N个原子并产生D个新原子，按照衰变规律（λ为衰变常数），

解出

λ为已知，D/N为岩石或矿物中所含子体元素的原子数对母体元素的原子数之比，这一值是可以测定的。根据这个公式就可以计算出岩石或矿物形成的年龄。20世纪以来，sup>238U→206Pb、235U→207Pb、232Th→208Pb、40K→40Ar、87Rb→87Sr、和147Sm→143Nd等放射性衰变系列测定岩石年龄的各种方法。

然而要进一步确定地球的年龄并非如此简单。因为地球表面的岩石并不是在地球形成时就存在的。由于地球内部的运动和化学变化，它们曾经历了多次分异、熔融和改造。因此要计算地球的年龄还必须解决一系列的理论和实验技术问题。

地球的各大陆都存在着一些古老的稳定地块，如西格陵兰、西澳大利亚和南非等地区。这些地块上的岩石在地壳形成的初期就已经存在了，而且没有发生过后期的重熔改造。70年代已用Rb-Sr、U-Pb和Sm－Nd法精确地测定了这些岩石的年龄，其中最古老的岩石年龄可达37亿年。这一年龄可以代表地壳形成时间的下限。

利用关于元素起源的理论可以给出地球年龄的上限。元素形成以后才形成太阳星云，继而地球等行星又从太阳星云中分异凝聚形成。根据核子合成的理论，铀同位素235U和238U在元素形成时的比例大约为1.64:1。它们形成以后就以自己固有的速率进行衰变，而且235U要比238U衰变得更快。因此现在地球上铀的这两个同位素的丰度比是1:137.88。根据这两个比值，我们可以估算元素的年龄为66亿年。尽管不同的理论对铀同位素形成时丰度比的估算存在着差别，但这一年龄不会小于50亿年。

铀的两个放射性同位素 235U 和238U衰变而成 207Pb和 206Pb。但没有任何一种放射性同位素衰变形成 204Pb。因此 204Pb 的量在地球形成以来是不变的。这样 207Pb／204Pb和 206Pb／204Pb 两对同位素比值在地球历史上将不断增长。地球上现在形成的大洋沉积物，以及岛弧地区的火山岩和方铅矿是各大陆地壳和地幔物质经过充分混合后形成的，因此它们的铅同位素组成可以近似代表现代地球铅的平均组成。地球现代铅同位素的较佳测定值为αp(206Pb/204Pb)=18.700～18.773，β p(207Pb/204Pb)=15.600～15.628。如果取地球形成时的原始铅同位素组成相当于陨石的原始铅（根据铁陨石中一种不含铀的矿物即陨硫铁的铅同位素α 0(206Pb/204Pb)=9.307，β 0(207Pb/204Pb)=10.294），由于这两种衰变系列都是从铀衰变为铅，因此可以从放射性衰变公式导出如下的关系式：

(1)

式中λ′和λ分别是235U和238U 的衰变常数。从公式(1)可以计算出惟一的未知量地球年龄 T0。计算表明T0为44.3～44.5亿年。

在地球历史上，从37亿年前到现代的各个时代都形成了一些含方铅矿的层状矿床。这些方铅矿的铅是在不同时间ti从地壳和地幔中分异出来的。因此它们可以代表地球各个时期的平均铅同位素组成(αi，βi)。如果将βi对αi作图，可以近似符合一条单阶段的生长曲线（即它们是从238U/204Pb比值近于一致的岩石体系中分异出来的）。这一关系可用下式来表达：

(2)

。 (3)

如果用其他放射性年龄测定方法确定了层状矿床的形成年龄ti，那么根据每一个方铅矿样品的铅同位素组成 (αi，βi)，就可以从公式 (2)和 (3)求出两个未知量和 T0。应用统计的方法，可以求得一个较佳的地球年龄 T0和。将这个较佳值代入公式 (2)和(3)时，所有方铅矿计算的 α 和β 值同实际测量值之差的和是小的。用这种统计方法计算的地球年龄为44.70±0.06亿年。

在地球历史的不同时期形成了大量火成岩，其中有不少岩体几乎没有受到晚期变质作用的影响。如果在这些火成岩的同一岩体中取不同的岩石样品进行铅同位素分析，就可以发现它们的铅同位素组成 βj与αj 之间往往存在着极好的线性关系，可以表达为：

βj=Sαj+I。 (4)

这种线性关系一般称为Pb－Pb等时线。应用回归分析的方法可以求出直线的斜率S和截距I。当对各个不同时代的火成岩体都进行这样的铅同位素分析和数据处理后，就可以得到一系列的斜率Sk和截距Ik；并且这一系列的直线都大体相交于一个公共点，即相当于现代铅点(αP，βP)。因此将Ik对Sk进行作图时也具有线性关系，可以表示为：

Ik=αp·Sk+βP。　　 　　　 (5)

应用回归分析方法可以求得斜率 αP和截距βP。它们相当于一个理论的现代铅同位素组成。将计算的αP和βP值代入公式 (1)就可算出地球年龄T0。用这种方法计算得的地球年龄为45.0±1.7亿年。

由于地球在演化过程中，地壳和上地幔对U和Pb并不完全构成封闭体系，存在着铀从下地幔逐渐向上地幔和地壳富集的趋向，因此，可以断定上面3种方法计算的年龄仍然是偏低的。

对地球年龄最可靠的估计是借助于陨石的年龄测定。太阳系中的行星体大体上是在同一时间形成的。陨石是小行星破裂的碎块。由于小行星体积较小，它的内部放射能一般不足以引起再熔融，因此陨石中的放射性衰变系列的产物记录了小行星体凝聚的时间。如果将所有陨石的207Pb/204Pb对 206Pb/204Pb作图，则它们都落在一条直线上（Pb-Pb等时线）。地球的现代铅也同样落在这条线的附近。这进一步证明了所有陨石与地球是大体同一时间形成的假设。根据各类陨石及其不同矿物的Pb-Pb等时线计算表明，地球年龄为45.3～45.7亿年。应用 Rb-Sr等时线方法对各类陨石的测定结果，年龄值也主要落在45.4～45.7亿年之间。有两个无球粒陨石已用Sm－Nd等时线法确定了年龄，为45.5～45.6亿年。地球的卫星──月球是离地球最近的太阳系成员，它的内能也不足以引起强烈的熔融作用，因此月球表面仍保留了许多它形成时的原始物质。用Rb－Sr等时线法测得月球表面上最古老的岩石年龄为45.2～46.0亿年，粉尘的年龄也达46亿年。因此太阳系行星体的形成时间最可能是在45.5～45.7亿年左右。

上述几种方法都不同程度地依赖于太阳系所有行星体同时形成的假设。目前更精确的研究成果证明，太阳系行星体起源仍存在着小的时间差别，因此要获得地球更精确的年龄值有待于进一步的深入研究。

严正声明：本文由历史百科网注册或游客用户城予自行上传发布关于» 地球年龄的内容，本站只提供存储，展示，不对用户发布信息内容的原创度和真实性等负责。请读者自行斟酌。同时如内容侵犯您的版权或其他权益，请留言并加以说明。站长审查之后若情况属实会及时为您删除。同时遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，尊重和保护作者的劳动成果，转载请标明出处链接和本声明内容：作者：城予；本文链接：https://www.freedefine.cn/wenzhan/129767.html