本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點。
“在北方名為斯維特約德的土地上,矗立著一塊岩石。它高一百英里,寬一百英里。每過千年,一隻小鳥就會來到這塊岩石上磨尖它的喙。當這塊岩石被這樣磨損掉時,永恆的一天才會過去。”
挪威民間故事,由亨德里克·威廉·房龍在《人類的故事》中複述
圖1. 地層和侵蝕 - 山脈真實年齡的線索?
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在19世紀早期,古老地球的觀點迅速被接受,這基於對地球上大多數過程(如山脈的形成和侵蝕)發生緩慢的觀察。達爾文在生物學上的觀察也證實了地質時間尺度。由於進化發生在數千甚至數百萬代的時間裡,為了解釋近期的生物多樣性和特化,地球也必須有數千甚至數百萬年的歷史 - 甚至沒有考慮全球滅絕事件和隨後的恢復期。
但地球究竟有多古老?我們如何得知?
英國天文學家愛德蒙·哈雷(1656-1742)在1775年提出,可以透過測量河流溶解元素的輸入以及由此產生的鹽度增加來估算海洋(以及地球)的最小年齡。然而,由於缺乏精確的測量,這個想法仍然是一種假設性的方法。法國駐埃及領事伯努瓦·德·梅萊(1656-1738)根據他對埃及海岸線海平面下降的觀察,提出地球在20億年前完全被淹沒。
1774年,法國博物學家喬治-路易·勒克萊爾,布豐伯爵(1707-1788)在《自然史》中發表了他用冷卻鐵球進行的實驗結果。基於地球是由凝聚的星際物質熔球形成的流行假設,他使用白熾鐵球的冷卻時間來計算地球(固體部分)的年齡。布豐發表的結果給出了最後一次創世紀的年齡為75000年(布豐根據他對過去大規模滅絕的瞭解,提出了動物生命的各個時期 succession),然而從他未發表的筆記中,他討論了關於其計算的問題和推測,似乎布豐認為地球可能更加古老 - 經歷了數百萬年的形成。
詹姆斯·赫頓在1785年成功地論證了地層的沉積需要很長的時間,但他認為任何精確的年齡估計都只是猜測。後來的地質學家更加自信,並根據岩層的厚度和侵蝕速率試圖計算地球的年齡。
達爾文根據韋爾登地區地質構造的厚度估計地球年齡為3億年。英國著名地質學家阿奇博爾德·蓋基爵士(1835-1924)使用山脈的高度和剝蝕速率來計算大陸的年齡。根據他的計算,如果沒有任何形成新山脈的過程,北美將在450萬年內被侵蝕殆盡,而歐洲將僅持續400萬年。查爾斯·萊爾根據某些軟體動物群在化石記錄中被替換所需的假定時間間隔,公佈了從2000萬年到2.4億年的年齡範圍。1899年,英國物理學家兼地質學家約翰·喬利(1857-1933)根據大洋的鹽度計算,將原始淡水轉化為鹽水需要9000萬年的時間間隔。
物理學家威廉·湯姆森,第一代開爾文男爵(1824-1907)因其對太陽物理特性的研究而對地球的年齡問題產生了興趣。開爾文計算了太陽的能量耗散(他認為太陽是由白熾液體組成的),並得出結論,太陽的年齡在400萬到2000萬年之間,最終傾向於較小的年齡。由於地球的可能年齡受到太陽年齡的限制,因此地質學家提出的大多數年齡都是錯誤的 - 當時看來是這樣……未完待續。
參考書目
JACKSON, P.W. (2006):《年代學家的探索 - 尋找地球的年齡》。劍橋大學出版社:291
LEDDRA, M. (2010):《時間很重要 - 地質學對科學思想的遺產》。威利-布萊克威爾出版社:269
LEWIS, C.L.E. & KNELL, S.J. (編)(2001):《地球的年齡:從公元前4004年到公元2002年》。地質學會特刊第190號:288