世界地球日 | 地球地球，請問你幾歲了？

編者按：今年4月22日，是第49個世界地球日。今年地球日活動周主題為「珍惜自然資源 呵護美麗國土——講好我們的地球故事」。為了讓公眾更了解我們的家園，我們特邀中科院的科學家，來聊聊地球。

相比我們腳下的地球，人的一生匆匆幾十年太過短暫。於你我而言，地球彷彿是一個永恆的存在，也許會有人突發奇想地想要問問：「地球地球，請問你幾歲了？」

假如現在請你說出地球的年齡，相信你會不假思索地回答「46億年」，如果你是地球科學專業或者深究過這個問題，或許還能給出45. 4 ± 0. 5億年的答案。是的，由於地球化學定年手段的飛速發展，我們對地球的年齡有了更加精確的論斷。

阿波羅17號所拍攝的地球影像

不過，在人類文明發展進程中，基於基督教教義的宗教派系與實驗研究的科學家對地球年齡進行了曠日持久的論戰，許多科學家因此被教廷迫害，但也沒有停止對真理的追求。

地球年齡計算的發展史，也成為科學家不斷反抗壓迫追求真理的奮鬥史。

一、啟蒙階段哲學家的探索

基督教的基本教義來源《聖經》

早在古希臘時期，哲學家亞里士多德便在其著作Meteorolosis（《氣象學》）中指出，地球的變化與人類生存的時間相比顯得無比漫長，以至於常常被人類所忽略。同時亞里士多德認為地球上的海洋與陸地位置並非是一成不變的，隨著時間的演變，陸地會被海洋所替代，河流也會慢慢乾涸。儘管在那個時代無法推算地球年齡，亞里士多德第一次正確認識了地球演化的漫長過程。

亞里士多德雕像

二、大主教詹姆斯·烏雪（James Ussher）的首次推算

在歐洲，隨著基督教在西方的狂飆猛進，亞里士多德對於地球演化的世界觀被視作異類。基督教徒們試圖對《聖經》中記載的家譜歷史進行推算，進而得出神創世的具體時間。

猶太教聖經正典《塔納赫》及基督教《舊約聖經》目錄

不同的基督教徒的計算方法各異，導致世界創始時間差異較大，而在這些不同的推算者中，尤其以愛爾蘭大主教詹姆斯·烏雪的推算流傳最廣。

詹姆斯·烏雪根據《聖經》記載及曆法考證，將《創世紀》中所有的族長的年齡相加，認為世界創造於公元前4004年10月22日下午6點。

詹姆斯·烏雪肖像

烏雪的推算在當時得到了廣泛的認可，1701年起被印在了英國出版的《聖經》上，從此該時間被視為真理。

二、布豐伯爵的第一次實驗測量地球年齡

與基督教徒通過宗教計算地球年齡不同，出生於1707年的布豐伯爵希望通過實驗方法來了解地球的年齡。

他親自在打鐵鋪中鍛造出大小不一的鐵球，將其加熱到熔點後，測量這些鐵球的冷卻速度，證明鐵球的直徑與冷卻時間相關，並據此推斷一顆像地球這麼大的球冷卻所需的時間。

布豐像，1753年

根據鐵的冷卻率，布豐推論地球年齡應為75,000年，大大早於烏雪推算的公元前4004年。正因為如此，他的觀點受到天主教的譴責與反對，其出版的書籍被焚毀。

而這個年齡僅僅是其發表的結果，布豐伯爵在私下曾多次表示，75000年遠遠低估了地球的年齡，他認為地球的年齡可能長達十幾億年。

三、物理學權威的誤導——開爾文基於熱力學的推算

威廉·湯姆森，即開爾文勛爵，是英國著名數學物理學家、工程師，也是熱力學溫標（絕對溫標）的發明人，被稱為熱力學之父。

開爾文勛爵肖像

開爾文勛爵試圖利用熱力學定律來揭開地球年齡的神秘面紗。他通過計算地球表面從完全熔融狀態冷卻到目前的溫度所花費的時間，來釐定地球的年齡。1862年，他發表了計算結果，確定地球年齡在2000萬到4億年之間。但開爾文並沒有將地球物質放射性衰變以及熱量對流考慮在內。多年來，他逐漸完善他的論證，將上限降低了十倍；1897年，開爾文最終得出估計，地球年齡為2000萬至4000萬年。不過，他對各種數據的不靠譜程度有自知之明，所以又在論文最後加了一句：「我覺得我們至少有很大的概率，可以說，這個時間不會短於2千萬年，也不會長於4億年。」

四、地球年齡的精確釐定——克萊爾·卡梅倫·帕特森

時間流轉，轉眼間到了20世紀中葉。兩次世界大戰的發生，給全人類帶來難以磨滅的傷痛的同時，也帶來了新技術的快速發現與應用。其中，美國赫赫有名的「曼哈頓計劃」（核武器研製計劃）極大程度上促進了放射性同位素的研究。彼時，年輕的研究生克萊爾·帕特森（ClairC Patterson）第一次接觸到了質譜儀。

帕特森在「隕石是太陽系形成後未能形成體積較大天體而被遺留在太空中的物質」這項假設下進行研究，這暗示測量出隕石的年齡就可知道地球大約的年齡。

納米比亞發現的霍巴隕鐵：已知最大的完好隕石，長2.7米，重60噸。

帕特森用了數年時間收集隕石樣本，並用當時最新式的質譜儀進行實驗。

帕特森1956年文章中所做的等時線圖。利用該等時線圖，帕特森最終精確釐定出地球年齡。

1957年在實驗室工作的帕特森。圖片來源: Caltech E&S Magazine

在一次於威斯康辛州舉辦的會議之後，帕特森公布了他的研究成果。他宣布地球的年齡約為45.5億年（誤差範圍正負7千萬年）。在此之後直到今天的幾十年里，這個結論被無數的其他獨立方法證實。

從古至今，無數的科學家對我們腳下的地球年齡產生興趣，儘管有不同勢力千般阻撓，儘管他們中的多數被證明計算是完全錯誤的，但是一代代科學家為真理矢志不渝的奮鬥精神，值得我們思考與學習！

作者：宋帥華

來源：中國科學院地質與地球物理研究所