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资料来源：科技日报
“地球的年龄是多少？”在400年前的欧洲，爱尔兰人詹姆斯·乌雪被公认为这个问题的权威。有趣的是，他不是一名科学家，而是一名大主教。因为在科学革命之前，“地球的年龄”与创造性的神话有关，“地球的年龄是多少？”一开始是一个神学问题，而不是一个科学问题。
詹姆斯·乌雪曾担任爱尔兰天主教会的大主教，但他对科学感兴趣。他利用圣经年谱学的方法，按时间顺序排列圣经上记录的重大历史事件。同时，他还查阅了许多非基督教古代历史文献，并逐一标记了与圣经上记录的相同事件的年份。经过反复比较和整理，根据当时流行的儒略历，乌雪在1645年出版的《乌雪年表》中认为，公元前4004年10月22日下午6点，整个世界都是上帝创造的。
启蒙运动后，基督教的权威摇摇欲坠，后来的学者们用更科学的方法来计算地球的年龄。根据这些化石的年份，法国博物学家布丰收集了许多史前古生物化石，布丰推测地球的年龄超过7.5万年。英国地质学家赫顿提出了“均变论”，认为地球进化是一个复杂而漫长的过程，我们只能解释和分析每个地质时期的具体变化，但不能推测起点和终点。赖尔后来发扬了这种地质渐变论的观点，成为当时的主流观点。同样是博物学家的达尔文推测，一些地质变化至少需要3亿年的时间，而地球的真实年龄可能远远大于此。
当博物学家和地质学家束手无策时，解决这个问题的负担就落在了物理学家身上。20世纪50年代，德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文勋爵分别提出的热力学第二定律已成为学术界的共识。根据热力学的第二定律，地球、太阳甚至整个宇宙都处于热耗散的过程中。根据这一理论，地球在诞生之初就是一个高热量的岩浆球，它的温度随着时间的推移而下降，直到热量完全消散，变得完全冷静。这样，只要我们知道地球的初始温度（即岩浆的温度）、地球的年龄可以根据岩层的导热系数和地温梯度来计算。
1862年，开尔文发表了一篇题为《论地球缓慢冷却》的文章，将岩浆温度设定为3870℃(实际上应该是700℃-1200℃)，然后估计了导热系数和地温梯度的平均值。开尔文的最终计算结果是9800万年。考虑到估计带来的误差，他建议地球的年龄在2000万年到4亿年之间。1897年，他最终确定地球的年龄应该是2400万年，通过不断准确的参数，开尔文在接下来的几十年里不断修改计算结果。
根据当时已知的物理理论，开尔文的计算方法是不可动摇的。不仅地质学家无法反驳开尔文的观点，就连像达尔文这样伟大的博物学家也曾怀疑他们提出的物种进化理论。然而，开尔文的计算方法是基于两个基本假设。首先，地球内没有其他热源。第二，地球内部是均质固体。只要这两个假设成立，开尔文的计算方法就是无懈可击的。
科学史上的许多伟大发现都来自事故。1896年，法国物理学家贝克勒尔意外地发现，铀盐能感光包裹在厚黑纸中的底片，证明铀能发出穿透性射线，这是人类第一次观察到放射性现象。两年后，著名的皮埃尔·居里和玛丽·居里从沥青铀矿中提取了两种新的放射性元素，1903年，居里夫妇在放射过程中进一步发现了激素。与此同时，进入20世纪后，科学家们通过研究地震波折现象发现，地球内部不是均质固体，而是分为地壳、地帘和地心。到目前为止，开尔文计算地球年龄的两个假设都被证伪了。
历史性的转折点发生在1904年。80多岁的开尔文勋爵参加了皇家学会举办的一次物理会议。他已经成为物理学界的权威。他受到了一位年轻物理学家的挑战，这位挑战者是开尔文晚年最骄傲的学生——当时只有33岁的卢瑟福。卢瑟福在会上发表了一份关于放射性温度升高对地球年龄影响的报告，认为地球内放射性元素产生的热量可以平衡地球本身的冷却。这对师生代表了本世纪初两种范式之间的交接。卢瑟福的研究推翻了开尔文的学术计算方法，为后来者开辟了一种新的方法，即通过测量放射性元素的衰变过程来确定地球的年龄。1907年，美国化学家博尔特伍德认为铅是铀放射衰变的最终产物，并提出了“铀铅测定方法”。同位素被发现后，这种方法被科学家进一步优化，因为铀235和铀238分别衰变为铅207和铅206，所以理论上，只要我们知道铅和铀在岩石中的比例，我们就可以计算岩石的年龄。
因此，解决问题的关键是找到与地球同时形成的岩石。地表上的岩石经历了复杂的地质运动，陨石来自太阳中的小行星，与地球同时形成。陨铁在各种陨石中的铀含量很低，这意味着铀衰变产生的铅很少。因此，陨铁中铅铀的比例几乎等于地球形成之初的比例。美国地球化学家克莱尔·帕特森最终将陨铁中的铅铀比设定为初始值，将地球岩石中的平均铅铀比设定为最终值，计算出地球年龄在41亿-46亿年之间。帕特森对他的测量结果仍然不满意，他发现了另一种与陨石铁性质几乎相反的石陨石，即最初的铅含量非常低，铅来自铀衰变。根据两个测定结果，帕特森在1956年最终得出地球年龄为45.5±0.7亿年。
科学研究终于结束了，但故事还没有结束。当帕特森研究地球表面铅的分布时，他惊讶地发现，进入20世纪后，自然界中铅浓度的增加速度突然增加，远高于过去几十亿年的积累速度。这些铅的主要来源是人类工业污染，尤其是化石燃料的燃烧。帕特森意识到这一点后，将后半生的主要精力投入到环保事业中。对于整个宇宙来说，地球只是一颗漂浮在宇宙中的小行星，但对人类来说，地球是我们赖以为生的家园。每年的4月22日是世界地球日，这是一个为环境保护而设立的节日。科学理论可以计算地球的年龄，但作为我们的家，地球需要人类用爱和良心来保护。
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