前言
你有没有想过，我们生活的地球到底有多“老”呢？如今拿起手机随便一搜，你便可以得出结论——地球的年龄约45.4 亿年（误差 ± 5000 万年）。可是你知道吗？这个看似简单的问题，却曾困扰了无数聪明的头脑，神职人员、哲学家、地质学家、物理学家……从宗教推测到科学探索，几代人绞尽脑汁，才逐步推算出地球的真正年龄。
我们要去探索的这个问题，不仅仅是单纯的“计算”——它是一场跨越数世纪的科学冒险。一次次错误的推测、一次次惊人的发现、以及一场你意想不到的环保革命，都隐藏在寻找地球年龄的旅程之中。
现在，跟随我们的脚步，一起穿越历史长河，看看科学家们如何从岩石、元素，甚至地球“内心”的秘密中，找出关于地球年龄的答案。在这趟旅程中，你将见证无数次假设与证伪的探索、科学观念的颠覆，以及一场彻底改变世界的发现。究竟是谁第一个知道地球的年龄？让我们开启这段激动人心的探索之旅。
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古代的推测和宗教信仰
在人类文明的早期，地球的起源和年龄一直笼罩着神秘的面纱。古人通常借助神话、宗教和传统故事来解释这些问题。例如，中国神话中讲述盘古开天辟地；印度教中提及梵天造宇宙；而古埃及传说则讲太初之水孕育出诸神。
盘古开天辟地（《三五历纪》记载：天地浑沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地。盘古在其中，一日九变，神于天，圣于地。天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈，如此万八千岁。天数极高，地数极深，盘古极长，后乃有三皇。数起于一，立于三，成于五，盛于七，处于九，故天去地九万里）
在西方基督教文化中，《圣经·创世记》描述了上帝用六天创造天地万物的过程。对当时的人们来说，地球是神圣而永恒的，因此“科学”地测定其年龄显得匪夷所思。
17世纪，爱尔兰大主教詹姆斯·乌雪（James Ussher）试图通过圣经文本为地球“定年”。他详细考察了《旧约》中的人物世系和年限，以新巴比伦国第三任君主以未米罗达的登基为基准（即公元前563年），再加上一些天文历法的知识，统一了《圣经》与正史的时间线得出了一个，他自认为“精确无比”的结论-世界是在公元前4004年10月23日的夜晚被创造出来的。这一计算获得了当时许多神学家的支持，甚至一度成为欧洲主流的地球年龄观，在教堂和学院中被当作真实的历史依据而普遍接受。
詹姆斯·乌雪（James Ussher）
然而，也有少数科学家开始对神学推算的地球年龄提出质疑。1693年，德国数学家莱布尼茨在《原始地球》中提出，地球最初是炽热的熔融体，逐渐冷却形成如今的地壳。18世纪，法国博物学家布丰借鉴这一思想，并结合惠斯顿的宇宙模型，认为地球由炽热的熔岩冷却而成。为验证这一推测，他在铸铁厂加热不同大小的铁球，测量其冷却时间，并据此推算地球冷却所需的时长，最终得出至少7.5万年的结论（而在私人笔记中，他推测可能达到300 万年）。
乔治·路易·勒克莱尔·布丰
尽管布丰的研究开创了以实验探索地球历史的先河，但在教会的权威下，神学推算依然占据主流。然而，他们的探索已然点燃了科学求真的火种，为后来的研究奠定了基础。
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从地质现象到地球年龄的猜想
到了17世纪末和18世纪初，科学的发展使人们开始反思神学对地球年龄的推测。自然现象的长期积累逐渐让人们意识到，地球的历史似乎比数千年要更为漫长。
随着地质学的兴起，一批科学家通过观察自然界的地质现象，试图探究地球的真实年龄。这一时期的关键在于提出了新的观察方法和思维方式：科学家们通过“解读”地质的证据来推测地球的演化历程。
在这场科学探索的前沿，苏格兰地质学家詹姆斯·赫顿（James Hutton）做出了重要贡献。赫顿提出了“适用于现在的法则和过程必然适用于过去”（均变论）的地质学思想，即通过观察现代地质过程可以推测地球的历史。赫顿观察到了一些角度不整合的证据，在赫顿看来，河流不断将泥沙搬运到海洋中，形成沉积层，而这些沉积层在漫长的时间中被抬升形成新的陆地和山脉，并遭受百万年的侵蚀。这一演化过程缓慢而均匀，难以觉察，且无比漫长。因此赫顿在当时提出了一个极其新颖的概念：地球可能有着远比人们想象中更为漫长的地质历史。他在《地球的理论》中的原话是 No vestige of a beginning ，no prospect of and end即“没有开始的痕迹，也没有结束的征兆”。
“深时”的概念开始被接受。
赫顿
赫顿的思想对19世纪的地质学家产生了深远影响，其中最著名的莫过于查尔斯·莱尔（Charles Lyell）。莱尔在他的经典著作《地质学原理》（Principles of Geology）中进一步发展了赫顿的“均变论”思想，强调地球上的地质变化是渐进的、持续的，而不是由大规模的灾变所主导。并明确了 “将今论古”（The present is the key to the past）的地质学思想。这一思想对现在地球科学都仍然有深远的影响。莱尔通过细致的观察和记录，展示了现代地质现象（如火山喷发、地震、侵蚀作用等）如何缓慢但坚定地塑造着地表。他指出，如果这些变化持续足够长的时间，便可以解释许多复杂的地质结构。赫顿和莱伊尔都认为，地球上的地质作用是极其缓慢的，自然法则始终如一。他们都强调地球年代的无限久远和地质过程的无始无终。
换句话说，他们认为地球的过去无法用现有的方法追溯到确切的起点。
莱尔
查尔斯·达尔文正是在莱尔《地质学原理》的启发下，开始了对自然界“进化”时间尺度的思考。达尔文意识到，生物的进化需要数百万年的时间，而这需要一个足够古老的地球来支撑。他在著名的加拉帕戈斯群岛考察中，通过观察不同岛屿上的动植物物种差异，逐渐形成了自然选择的进化理论。达尔文的进化论依赖于漫长的地质时间，而地质学的渐变观为此提供了合理的时间尺度。这也标志着科学界逐渐开始接受地球可能比传统宗教认为的要古老得多的观念。
达尔文
尽管赫顿和莱尔的均变论确立了“地球古老”的理念，地质学家们却始终无法给出地球年龄的具体数值。那时的科学家们虽能意识到地质变化的长期性，但缺乏直接测量地球历史的方法，地球年龄的问题仍然悬而未决。那种“无限长”的地质时间概念似乎一点也不“科学”。正如《生活大爆炸》中天才谢尔顿中的那句玩笑话——“地质不是科学！”
然而，均变论的提出改变了科学界的视角，让人们认识到，地球的历史并不是一成不变的，而是充满着缓慢而持久的变化。这种视角的变化，为后来的科学家探索地球的具体年龄奠定了基础，也暗示了定量测定地球年龄的必要性。
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威廉·汤姆森（开尔文）与地球冷却时间的热力学估算
19世纪中叶，随着科学技术的进步，科学家们开始尝试用物理和数学方法量化地球的年龄。物理学家威廉·汤姆森（William Thomson），也就是后来的开尔文男爵（Lord Kelvin），通过热力学方法为地球年龄的计算提供了一种全新的视角。开尔文认为，地球在形成初期应该是一个炙热的熔融体，随着时间推移逐渐冷却。他设想，如果可以测量出地球当前的温度分布，便可以利用热传导的原理反向推算地球的冷却时间，进而估算其年龄。
开尔文
开尔文在19世纪50年代初开始了研究地球的热传导问题，他假设地球是一个没有内部热源，并且均匀固态球体。基于这一假设，他提出地球的冷却过程是由其内部热量向外部环境逐渐传递和散失的结果。开尔文推测，地球当前的地温梯度——即地壳温度随深度的升高速率——可以用于计算地球冷却所需的时间。他应用热传导方程，结合地球表层温度和地壳的导热系数，估算地球冷却至现今温度所需要的时间。
1862年，开尔文发表了一篇名为《论地球的缓慢冷却》的文章，将其结果发表。开尔文的计算结果显示，地球的年龄应该是9800万年，考虑到估算带来的误差，他提出地球的年龄大致在2000万年到4亿年之间。这一估算在当时是一个重大的突破，因为它首次为地球年龄提供了一个基于热力学分析的具体数值。而且由于开尔文的计算依赖于严格的物理原理和数学推导，在当时科学界引起了广泛关注，并迅速成为讨论地球年龄的重要参考。此后的35年，开尔文成为了地球年龄方面最具有发言权的科学家，他一次又一次的对地球年龄进行了更细致的较正。直到1897年，他得出了自己认为最科学的答案：2400万年。
按照当时已知的物理学理论，开尔文的计算方法是不可动摇的。不但地质学家们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一度怀疑自己提出的物种演化理论。
那么开尔文的结论又是否真的正确呢？2400万年就真的是地球的年龄吗？
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放射性元素揭示地球的真实年龄
20世纪初，科学界迎来了一个划时代的发现——放射性衰变。1896年，法国物理学家亨利·贝克勒尔在一次偶然的实验中发现，铀盐可以让包裹在厚黑纸中的底片感光。这一现象证明，铀能够释放出一种具有穿透性的射线，这是人类首次观测到放射性现象。
亨利·贝克勒尔
两年后，皮埃尔·居里和玛丽·居里夫妇通过研究沥青铀矿，成功提炼出了两种新的放射性元素——钋和镭。1903年，居里夫妇进一步揭示，镭元素在放射过程中会释放出大量的热量。这一发现为科学界带来了一个重大启示：地球内部的热量可能并非完全源自残余热，而是部分来自放射性元素的衰变过程。
与此同时，地球科学领域也有了新的突破。通过地震波折射现象的研究，科学家们发现地球内部并非开尔文假设的均质固体，而是分为地壳、地幔和地核。至此，开尔文的两个关键假设——地球无内生热源及其均质固体结构——都被彻底证伪。
地球的结构
真正的转折点发生在1904年。那一年，年逾八旬的开尔文勋爵出席了一场由英国皇家学会举办的物理学会议。在这次会议上，他的晚年学生、年仅33岁的年轻物理学家欧内斯特·卢瑟福向他的导师发起了挑战。卢瑟福在报告中提出，地球内部的放射性元素会产生持续的热量，这一热量能够部分抵消地球冷却过程中的热损失。这项研究从理论上颠覆了开尔文的地球冷却模型，并为地球年龄的估算提供了新的科学方法。
在1907年，美国化学家博尔特伍德进一步推动了这一领域的发展。他提出，铅是铀放射性衰变的最终产物，这一发现为地球年龄的测定提供了全新的工具。博尔特伍德提出了“铀—铅测定法”：通过测量岩石中铀与铅的比例，可以推算岩石的形成时间。随着同位素的发现，这一方法得到了进一步优化。科学家们确认，铀235和铀238分别衰变为铅207和铅206。只要知道放射性同位素的衰变速率（即半衰期）以及岩石中铀与铅的相对含量，就可以精确计算岩石的年龄。
然而，找到最古老的岩石并非易事。放射性同位素测定法揭示的并非“地球整体”的年龄，而是测定了岩石形成时的时间节点。要解答“地球究竟多古老”，科学家们必须将这一方法应用于地球形成之初便存在的岩石。这个探索的最终结果，又会指向怎样的答案呢？
来源：石头科普工作室
编辑：yhc
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