「新浪科技综合」两次“诞生” | 地球是怎么来的？新浪科技综合2020-07-24 11:13:500阅( 二 )
在人类历史上 ， 很多国家和地区的人们都对地球的年龄进行过猜测和推算 ， 然而都缺乏科学依据 。 所以在大部分时间里 ， 人类对地球年龄这一基本事实的认识都是凭空想象 。 直到20 世纪 ， 地球化学同位素方法的应用发展 ， 为这一问题提供了科学解答 。
要直接测定地球的年龄是非常困难的 ， 我们可以选择间接途径来确定地球年龄的范围 。 首先 ， 地球上最古老的岩石不会早于地球的诞生 ， 我们可以通过测定古老岩石的年龄来确定地球年龄的下限 。
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图8/24地球结构示意图 。 其中地壳平均厚度仅17km（地球平均半径6371km）地球的各个大陆上都存在着一些古老而稳定的地块 ， 这些地块上的岩石在地壳形成的初期就已经存在 。
同位素测年法可以精确地测定这些岩石的年龄 ， 其中加拿大的阿卡斯达片麻岩最为古老 ， 岩石年龄超过40 亿年 ， 这说明由分异作用形成的地壳最晚在距今40 亿年前就已经存在 。
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图9/24澳大利亚杰克山地区在澳大利亚杰克山的沉积岩中 ， 科学家发现了44 亿年前岩石残存下来的矿物——锆石 ， 这种矿物在岩石中的含量极其微少 ， 然而锆石的重要特征是即使在1000℃的高温下也不容易熔融 ， 因此得以保存至今 。
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图10/24记录地球44亿年历史的锆石（矿物生长形成的环带保留了44亿年的年龄信息）44 亿这一年龄可以代表地壳形成时间的下限 。 另外 ， 利用关于元素起源的理论可以给出地球年龄的上限 。 元素形成年代应当早于地球的形成时间 。 通过各种同位素丰度比较计算 ， 地球的年龄的上限应该至少是50 亿年 。
然而要比较精确测定地球的年龄 ， 就必须找到跟地球同时形成的物质 。 根据星云假说 ， 太阳系和其中的太阳、八大行星和小行星是几乎都是在同一时间形成的 。 所以 ， 测定太阳系中小行星散落到地球上形成陨石的年龄 ， 可以间接测算地球的年龄 。
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图11/24镍铁陨石（中国地质博物馆展品）1953 年 ， 美国地球化学家克莱尔·彼得森利用同位素法 ， 把铁陨石中的铅同位素比值作为初始值 ， 把地球的平均铅同位素比值当作现今值 ， 通过计算最早测定了地球的年龄为45.5±0.7 亿年 。
后来科学家还对月球表面的岩石标本进行测定 ， 得到月球的年龄在44 至46 亿年之间 ， 而在太阳系内形成的陨石中已知最古老的固体碎片的年龄测定为45.67 亿年 。 地球形成年龄约为46 亿年 ， 这个数字虽然是间接测定的 ， 但是经过不同途径得到了广泛验证 ， 逐渐成为了人类的科学共识 。
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图12/24地球早期环境想象图地球作为宇宙中迄今为止发现的唯一具有的空气、水和生命的星球 。 46 亿年前的这次“诞生” ， 只是奠定了地球的物质基础 ， 而那份独一无二的“灵魂” ， 还需要此后漫长的岁月来孕育 。
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图13/24海底热液喷口处的赤铁矿管（细菌残余的化石）可能有数十亿年历史地球形成之初 ， 可能是一个表面炙热熔融的“岩浆海” 。 当岩浆海冷却 ， 结晶密度较轻的矿物漂浮聚集在岩浆海的最表层 ， 形成了最初的岩石圈 。
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图14/24岩石圈的经典露头大气圈在这一时期可能已经存在 ， 主要由氢、氦等元素组成的原始大气非常稀薄 ， 大部分逃离了地球的引力或者结合在矿物的晶格中 ， 所以这样的“大气圈”存在时间并不长 。
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图15/24如今活动剧烈的地球大气圈以现在地球水圈的水量与火山水汽生成速率推测 ， 地球形成早期一定存在非常强烈的火山活动 。 火山活动等地球排气活动对大气圈的组分变化产生了重要影响 。
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图16/24火山活动的岩浆喷发其中地幔和地壳里矿物晶体中丰富的结构水 ， 在火山活动中以水分子形式大量析出 ， 最终进入大气圈 ， 并成为水圈的最初来源 。
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图17/24地中海与海边的石灰岩（沉积岩）海岸水的形成对于地球而言至关重要 ， 目前最古老的沉积岩年龄近40 亿年 ， 说明当时地球上已有水的存在 。 在距今25 亿年前 ， 海水的体积已颇具规模 。 水出现以后 ， 才有大洋的形成、发展和演化 。
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