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铀和铅的关系?

来源:www.dbkyw.com   时间:2023-05-15 19:31   点击:271  编辑:admin   手机版

一、铀和铅的关系?

铀经过漫长的衰变后成铅,

二、地球寿命45亿年,这究竟是怎么测量出来的?

想要知道地球的年龄,最简单直接的方法就是,乘坐时间机器回到地球诞生时的那一刻就可以了,遗憾的是,就目前来看,我们还没有能力制造出能够回到过去的时间机器,因此这种方法暂时还不可行。

不过对于这个问题,科学界早已给出了明确的答案,即地球年龄是45.5亿岁,相信大家一定会比较好奇,既然没有时间机器,那科学家怎么会知道地球年龄是45.5亿岁呢?下面我们就来一起了解一下到底这是谁测出来的,以及测量方法是什么。

在几百年前,人们对地球年龄的讨论众说纷纭,莫衷一是,从几千年到几十万年的说法都有。直到进入了19世纪后,随着地质学和生物学的兴起,科学家们才逐渐意识到,地球的历史可能长得难以想象,因为不管是从地质活动还是生物演化的角度来看,地球以及地球上的生命能够演化成现在这个样子,都需要很长很长的时间。

因为缺乏科学的测量方法,所以在接下来的很长一段时间里,人们对地球年龄的认知就停滞在这一层面,甚至还有人认为地球的历史是无穷的。

值得一提的是,在这段时间里,开尔文勋爵(就是被誉为“热力学之父”的那个人)曾经根据地温梯度(地球越深的地方,温度就越高)推导出一个地球散热模型,并据此计算出地球年龄在9800万年至4亿年之间,但这个计算结果在当时并没有得到地质学家和生物学家的认同,他们认为这个时间还是太短了。

在“曼哈顿计划”之后,科学家们对铀这种元素有了很深的认识,他们发现铀235和铀238都会按照固定的概率发生一系列的衰变,并最终生成铅,因此只需要测出样本的铅和铀的含量,再想办法获取样本形成时的初始值,就可以准确地计算出样本的年龄了。

这种方法被称为“铀铅测年法”,我们可以看到,如果要利用这种测量方法来计算地球年龄,就面临着两个问题,首先就是怎么去找到地球形成时样本,这是因为地球在形成之初是一颗具有高温的熔融星球,经过长时间的物质循环之后,地球最初的元素痕迹早已无迹可寻;第二个难题则是,在获取了样本之后,又应该怎么样去确定样本在形成时的初始数据。

对此,美国地质学家、地球化学家克莱尔.卡梅伦.帕特森(Clair Cameron Patterson)认为,地球和太阳系内的小行星都是同时形成(关于这一点,可参考“星云假说”),而因为小行星体积很小,在形成之后的热能会迅速散发,其内部的物质不能循环,所以在亿万年之后,它们还是保持最初的样子,而地球上的陨石就是小行星被地球捕获后留下的残骸,因此它们就是最好的样本。

那么第二个难题又怎么解决呢?其实还是有办法的,因为绝大部分的陨石在形成的时候都普遍含有铅元素,而不同类型的陨石,其铀元素含量却存在着很大的差距,正如前面我们所提到的,铀元素会以固定的概率衰变成铅,也就是说,一个样本中的铀元素含量越低,其铀元素的衰变对该样本的铅含量影响就越小,因此如果能找到铀元素含量极低的陨石,就可以将其视作初始样本。

大约5万年前,一颗直径约40米、重约30万吨的小行星撞击了地球,并在美国亚利桑那州代亚布罗峡谷附近留下了一个直径约1240米、平均深度约174米的陨石坑。该陨石坑于1891年被发现,后来被命名为“巴林杰陨石坑”,而帕特森理想中的样本,就来源于这里。

根据测量,帕特森发现样本中的铀238与铅204(注:铅204是铅的一种非常稳定的同位素)的比值仅为0.025,这就意味着,该样本中铀元素的衰变对初始铅含量的影响微乎其微,完全可以将其数据当作所有陨石在形成时的初始值。

1953年,帕特森将该样本的铅同位素比值作为初始值,再把地球现在的平均铅同位素比值作为最终值,通过计算后,得出了地球年龄在41亿至46亿年之间。

很显然,如果一颗陨石中的铀元素含量越高,那么在这颗陨石中就会含有更多的由铀元素衰变而来的铅元素,因此只需要找来不同类型的陨石样本,再将其测量结果进行对比和分析,就可以准确地计算出地球年龄了。事实上,帕特森就是这样做的,在对多种类型的陨石样本进行研究后,在1956年,他公布了自己的研究成果,即地球年龄是45.5±0.7亿岁。

虽然没有时间机器,但是帕特森还是通过科学的方法准确地测出了地球的年龄,在接下来的日子里,他的测量结果经受住了时间的考验,科学家们通过不同的测量方法,得到的结果都与之相差无几。需要指出的是,这个过程看上去似乎并不复杂,实际上却充满艰辛,比如说为了解决“如何精确地测量出样本中铅和铀的含量”这个难题,帕特森就花了整整5年的时间。

这个数据是科学家们通过长期的推算演变,大量的数据计算才得出来的,利用了一个公式,这个过程非常的辛苦。

分析碳元素。可以通过追踪地层的碳元素,来大致判断各层的年龄,来推算地球的年龄。

地球是人类唯一的家园,诞生至今已有45亿年,还能“存活”多久呢

三、人类是根据什么测出地球的年龄,是45亿年的呢?

长久以来,人们相信地球有一个起源时间。但直到19世纪,随着地质学的发展,人类才对地球的年龄有了科学的估计。

开尔文的估算

在1862年,著名物理学家开尔文估算出了地球的年龄。开尔文假设地球是从一种完全熔融的状态开始的,通过估算地表温度的冷却时间,就能知道地球形成于何时。根据开尔文的计算,地球应该形成于2000万至4亿年前。

不过,开尔文大幅低估了地球的年龄。因为他没有考虑到地球内部的另一大热量来源――放射性热量。根据目前的估计,在地球内部的热量来源中,放射性热量和原始热量各站一半。另外,地球内部还存在热对流的现象,这也能够让地球温度的下降速度远低于开尔文的预估。

直到19世纪末20世纪初,居里夫妇发现了钋和镭两种放射性元素之后,地质学家意识到此前人们都低估了地球的年龄。如果考虑到放射性热量和热对流,地球年龄的估计在四十多亿年,这已经接近于现代测量结果。

放射性定年法

科学家进一步发现,放射性元素的半衰期非常稳定,不受外界的温度和压力的影响,因为这是由原子核自身结构所决定的。于是,利用放射性元素可以精确的测量地质年龄,这种方法被称为放射性定年法。

理论上,只要知道地球上最古老物体的年龄,就能知道地球的形成时间。在地球上,有一种矿物可以被用来测定地球的年龄,那就是含有铀、铅的锆石。铀可以衰变为铅,通过测量锆石中的铀铅同位素比值,就能知道锆石的年龄,这种方法被称为铀铅测年法。迄今为止,科学家发现的最古老锆石可以追溯到44亿年前,这意味着地球的年龄至少有44亿年。

不过,锆石并非地球上最古老的物体。因为地球形成时是熔融状态,锆石是在地球冷却一段时间之后才形成的,所以地球的实际年龄肯定会超过44亿年。

隐藏着早期太阳系信息的陨石

由于地球持续经历地质变迁,所以很难基于地球上的物质来精确测定它的年龄。但整个太阳系(包括行星、小行星)都是从同一团星云中形成的,小行星在形成之后迅速冷却,它们保留了早期太阳系的信息。如果这些小行星坠落到地球上,我们就能通过它们知道地球的形成时间。

由于陨石中主要包含铅元素,通过铅铅测年法,可以准备计算出地球的年龄。在上个世纪50年代,地质学家测量了5万年前坠落地球的一颗陨石的铅同位素比值,由此首次得出的地球年龄为45.5亿年,这与目前基于多种方法测出的地球年龄相一致。现如今,科学家对地球年龄的最精确估计为45.4亿年,不确定度不超过1%。

长期以来,人们认为地球有一个起源时间。但是直到19世纪,随着地质学的发展,人类才对地球的年龄有了科学的估计。

根据铀的放射性来判定的,通过对岩石中元素的蜕变速度进而推断出岩石的年龄,岩石的年龄就代表着地球的年龄。科学家探测地球最古老的岩石有40亿年。

又根据对月球上陨石的研究,最终断定地球的年龄,即地球产生地壳的时间为46亿年。

克莱尔.彼得森从陨石上测出了地球的年龄。因为陨石是太阳刚刚形成时的原始材料,所以才用它来测量地球年龄。

我们的地球,大约诞生于45.5亿年前,关于地球年龄的具体数字,到底是怎么计算出来呢,而此前的人们,又是如何推算地球的年龄呢,其实早在很久以前,人们就已经开始思考,这个世界到底存在了多久

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