地質時鐘

為追溯地球的歷史，需要知道地質體的年齡，推算各種地質事件發生的時代。地質學家們已經研究出各種關於岩石和構造的相對和絕對年代測定的方法，以致可以把地質事件按年代順序進行編排。一個岩石單位的相對年代是由它與相鄰已知岩石單位的相對層位的關係來決定。絕對年齡是用距今多少年以前來表示，並且是通過某種岩石樣品所含放射性元素測定的。

基本介紹

• 中文名：地質時鐘
• 目的：追溯地球的歷史
• 學科：地質學
• 早期：厄謝爾

地質時間的早期估算

1658年，愛爾蘭大主教厄謝爾（J.Ussher）認為地球誕生於公元前4004年，這個時間是以聖經里的紀年做為基礎計算出來的，這是十八世紀晚期和十九世紀的地質學家所不能接受的。因為大多數地質學家，甚至包括維爾納和布豐（Buffon）這樣的水成論者也認為，地殼沉積岩的形成至少需要幾萬年。

沉積速率

早在公元前五世紀，希羅多德（Herodotus）已對尼羅河三角洲進行了研究。他根據沉積物沉積的年速率推斷，該三角洲必定有幾千年的歷史。後來，尤其在十九世紀末和二十世紀初，人們曾根據沉積岩最大厚度與沉積速率來計算地球的年齡。自從地球形成以來，估計已經沉積了厚33，000--100，000米的沉積岩，而沉積速率的估計變化相當大，每百萬年從50--3000米。地球年齡估算結果是17至1584百萬年。

海洋里的鹽

早期人們曾試圖根據海洋內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16×1012噸，而每年增加160百萬噸鹽（主要來自岩石及土壤風化和河流溶解所攜帶的鹽）。用這種推論方法，地球的年齡大約是100百萬年。但是這個計算沒有考慮世界許多地方在沉積岩系中出現的大量鹽。

冷卻速率

十九世紀，英國物理學家開爾文（L.Kelvin）根據地球的冷卻速率確定地球的年齡為70百萬年。凱爾文假設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岩的熔融點。這個計算的錯誤在於開爾文假設地球內部不存在熱的來源。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，它不斷地產生氦氣。鈾是不產生射氣的，它會不會也不斷地產生氦氣呢？應該做一下試驗。

索地把一些含鈾的物質放在大燒瓶里，把燒瓶里的空氣抽掉，把瓶口封死。過了一年，索地打開燒瓶，取出瓶內的氣體作光譜分析。果然，氣體的光譜中出現了氦的譜線。雖然氦氣的量不多，但是證明了鈾也在產生氦氣。

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，實際上就是無數的失掉了電子的氦原子。

為什麼鈾礦和釷礦中會有氦氣

這些氦氣正是放射性元素鈾和釷產生的。

索地又在大燒瓶中裝了1000克鈾。一年之後，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。鈾產生氦氣的速度是非常慢的，一噸鈾每年也只能產生0.00002克的氦氣。

為什麼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。每年只產生一點點氦氣，經過幾百萬、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在有多少氦氣，還剩下多少鈾，又知道鈾生成氦氣的速度，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！氦成了地質學家研究礦石年齡的“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岩石的年齡有多大，因為岩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，岩石自己說話了。

你要知道某一個地方的煤是什麼時候生成的嗎？那隻要在生成那種煤的地層中找出一种放射性礦物就行了。英國物理學家斯特萊特選了一塊赤鐵礦，經過分析，這塊赤鐵礦中有鈾，也有少量氦氣，每1克鈾就大約有20立方厘米的氦氣。已經知道，每1克鈾一年能產生0.0000001立方厘米的氦，那么要多少年才能生成20立方厘米的氦呢？這很容易算，要兩億年。

既然這塊赤鐵礦是兩億年前形成的，當然，那裡的煤層也是兩億年前形成的。斯特萊特用這個方法測定了許多種礦石的年齡，但是工作並不是沒有困難的。

氦是氣體，如果岩石不很緻密，有裂縫，生成的氦氣就會跑掉。在這種情況下，測定的數值就不會準確了。盧瑟福的學生波特伍德發現，鈾在連續放出氦以後，最後變成沒有放射性的鉛。鉛不是氣體，不會從岩石的裂縫中跑掉。已經知道，1000克鈾在一年間能生成0.00000135克鉛。只要測定鈾礦中鈾和鉛的含量各是多少，同樣可以算出鈾礦的年齡。

這個新方法比測量氦氣的方法要可靠多了。許多人用它來測量地球上各種礦物和岩石的年齡。到了1935年，英國科學家霍姆斯測出來地球上最老的岩石大約是35億年。也就是說，地球的年齡至少有35億年（現代測定，地球的年齡是46億年）。

這就是地質時鐘的奧秘所在。