年齡問題，這樣解決

寒木釣萌

地球的年齡有45.4億年了。

沒錯(cuò)，自然界的確存在著天然的鐘——原子鐘，雖然隱秘，卻被腦袋靈光的人類發(fā)現(xiàn)了，并且用它們解決了關(guān)于地球年齡這個(gè)難題?，F(xiàn)在的人類還用它們探知地球萬物的過去，甚至宇宙的成長(zhǎng)史呢！

原子鐘，客觀到冷酷

說到自然事物中那塊隱秘的鐘，我們需要先弄明白，地球萬物都是由哪些物質(zhì)構(gòu)成的。

地球上的東西多種多樣，數(shù)量無法計(jì)算，但是這所有的一切都是由一百多種不同類型的原子構(gòu)成的，比如碳原子、鐵原子、鈾原子等。同種類型的原子的統(tǒng)稱為元素，比如碳元素就概指所有的碳原子。人還分黃種人黑種人呢，元素也可以再細(xì)分，碳元素還能分出碳12、碳13和碳14。在地球上所有的碳中，碳12最多，大約占99%；碳13很少，大約占1%；而碳14，更是少，只占到百萬分之一左右。

但是別看碳14的量很微小，作用卻極大，且聲名遠(yuǎn)播，而它就是我們要找的原子鐘之一！

原子鐘，好高大上的名字，可它們是怎么計(jì)時(shí)的呢？

先來看看沙漏吧！古人用“沙漏”計(jì)時(shí)，瓶子中的沙全部漏完是一天，漏掉一半當(dāng)然就是半天。

有意思的是，物理學(xué)家經(jīng)過幾十年的研究，發(fā)現(xiàn)每個(gè)不穩(wěn)定元素的原子，也會(huì)像沙漏一樣不斷轉(zhuǎn)化成其他原子，同時(shí)自己的數(shù)量減少。就比如碳14，每隔“一段時(shí)間”就會(huì)“消失”一半，只不過這個(gè)“一段時(shí)間”有點(diǎn)長(zhǎng)——5730年。科學(xué)上通常把5 730年稱為碳1 4的半衰期，把那個(gè)“消失”的過程稱為衰變。原子的衰變比率是恒定的，就是說無論周圍環(huán)境怎樣改變，這個(gè)衰變比率都不會(huì)改變，哪怕斗轉(zhuǎn)星移、滄海桑田，或者你生氣地將它們用油炸、用鐵錘敲，原子鐘依舊不緊不慢按定律精確而冷酷地前進(jìn)。

有了客觀到冷酷的原子鐘，地球上的萬物，以及地球的年齡，甚至宇宙的歷史，人類就都可以弄個(gè)明明白白了。

上好弦，等你來算

大家都知道，大多數(shù)植物都要吸收二氧化碳，而里面的“碳”，當(dāng)然既可能是碳12、碳13，也可能是碳14。我們可以換一句話說，植物的生長(zhǎng)過程中會(huì)源源不斷地吸收碳14。不過植物體內(nèi)的碳14同時(shí)也在發(fā)生衰變，一邊吸收，一邊衰變，這樣樹身體里的碳14始終保持著收支平衡。

假如某棵大樹死了，這就意味著它對(duì)碳14的吸收停止了，只剩下衰變——注意注意！發(fā)條已經(jīng)擰緊，鐘表開始“嘀嗒嘀嗒”運(yùn)行啦！

過了許許多多年之后，大家想知道，這棵樹是什么時(shí)候死的？很簡(jiǎn)單，只要測(cè)量它體內(nèi)碳14的含量就知道了。如果大樹體內(nèi)碳14的含量只有平常樹木中碳14含量的一半，那么你就可以斷定，這棵樹大約死于5730年前，依此類推。

雖然人不直接從空氣中吸收碳14，但人會(huì)吃植物，所以植物體內(nèi)的碳14最終也會(huì)在人體內(nèi)累積?？脊艑W(xué)家在測(cè)量樓蘭女尸的死亡時(shí)間時(shí)，是通過對(duì)棺材里面的木材、毛布、羊皮、人骨等分別進(jìn)行碳14測(cè)量后，對(duì)比得出距今“3800年”這個(gè)數(shù)字的。

地球的年齡鈾知道

首先，你得找到一個(gè)半衰期更長(zhǎng)的“鐘”，對(duì)于地球這個(gè)“長(zhǎng)命百歲”的大家伙，碳14僅5000多年的半衰期明顯不夠用。哪種鐘才合適呢？找來找去，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“鈾238”這位仁兄可擔(dān)此大任，因?yàn)樗陌胨テ陂L(zhǎng)達(dá)44.7億年，衰變之后成為穩(wěn)定的鉛206。

地球之“鐘”算是找到了，可怎么去測(cè)呢？這又是個(gè)大問題。難道要找地球誕生時(shí)的植物遺骸嗎？可地球誕生時(shí)一片火海，哪有植物？就算有，也不會(huì)保存至今呀；就算保存至今，關(guān)鍵是，植物體內(nèi)根本沒有鈾238。那么，什么地方有呢？

巖石，對(duì)，就是巖石！可問題又來了，你怎么知道哪塊巖石最老呢？難道要把地球上的每一塊巖石都測(cè)一遍？好吧，就算你有偉大的愚公移山精神，堅(jiān)持測(cè)完了所有巖石，并找到了那塊年紀(jì)最大的巖石，但是你能斷定這塊巖石是地球的同齡“石”嗎？在地球誕生之初就出現(xiàn)的巖石，很可能已經(jīng)不復(fù)存在，它們要么被壓碎，要么被融化，抑或被重塑。

怎么辦？

20世紀(jì)40年代末，芝加哥大學(xué)地質(zhì)教授哈里森·布朗靈光一閃，想到了解決辦法：要不試試那些天外來客——隕石。他把這個(gè)艱巨的任務(wù)交給了學(xué)校的一位研究員克萊爾·彼得森。

你一定覺得很奇怪，隕石和地球有什么關(guān)系？原來，很多漂浮在地球周邊并最終掉下來的隕石，其實(shí)就是早期構(gòu)成地球的下腳料，因此保留著原始的內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)。最重要的是，它們一直在外太空，沒有受到污染。

所以，只要測(cè)量一塊幾乎和地球同齡的隕石樣本里面的鈾238與鉛206的比例，就可以知道在它身上曾經(jīng)有多少鈾238發(fā)生了衰變，從而就能測(cè)出地球的年齡。

隕石大多來自火星和木星間的小行星帶，少數(shù)來自月球和火星，在它們掉落地面之前，就是大家覺得很浪漫的流星。隕石通常分為三大類：石隕石，主要成分是巖石；鐵隕石，大部分成分是鐵與鎳；石鐵隕石，成分既有大量的巖石也有金屬。流星體在進(jìn)入大氣層時(shí)會(huì)被加熱，發(fā)出強(qiáng)烈的光和熱，使它的一部分表面被融化。在這個(gè)劇烈的反應(yīng)過程中，它們可能會(huì)被雕塑成各種不同的形狀，有些會(huì)留下像指紋一樣的凹陷。

算一算

我們一起來算一算類似的櫻桃存放時(shí)間問題就明白了。一筐紅櫻桃（鈾238），假設(shè)10天為櫻桃的半衰期，也就是每隔十天，櫻桃腐爛一半，而且腐爛得還很徹底，只剩下櫻桃核（鉛206）?，F(xiàn)在我們打開箱子，發(fā)現(xiàn)有2顆完好的櫻桃和6粒櫻桃核。于是我們就知道，箱子里最開始其實(shí)有2+6即8顆櫻桃。那現(xiàn)在來算算，這8顆櫻桃存放了多長(zhǎng)時(shí)間？

OK，2顆櫻桃6粒核，這跟我們打開箱子時(shí)看到的情景一模一樣。所以，我們就可以計(jì)算出箱子里的櫻桃大概已經(jīng)存放了20天。地球的年齡也就是根據(jù)隕石樣本里鈾和鉛的比例倒推出來的。

積累越多，身價(jià)越高

如果說碳14和鈾238是一種基于“消耗”原理的測(cè)年法，那么下面接著要說的則是一種基于“積蓄”原理的測(cè)年法。

人類的生活中從來沒有離開過輻射，這些輻射來自宇宙射線、地面、建筑物，甚至人體內(nèi)部。同樣，陶瓷也隨時(shí)接收著輻射，不同的是，它們被輻射的時(shí)間要長(zhǎng)得多，幾百年、幾千年，甚至上萬年。而且，因?yàn)樘沾衫锩婧写罅康慕^緣晶體，所以它們能把接收到的輻射能量保存起來。這就意味著，陶瓷保存的年代越久遠(yuǎn)，它對(duì)輻射能量的積蓄就越多。換句話說，它就越古老，那么身價(jià)也就越高。

那么怎么測(cè)定陶瓷里到底有多少輻射能量呢？方法是加熱?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，把陶瓷加熱到一定溫度后，陶瓷里面積蓄的能量就會(huì)以光的形式釋放出來。這就是熱釋光現(xiàn)象。

最初燒制陶器的時(shí)候，高溫會(huì)把結(jié)晶體中原先貯存的熱釋光能量全都釋放完，這相當(dāng)于把熱釋光時(shí)鐘撥至零。成型后的陶瓷從零開始接收并積累來自外界輻射的能量。年代愈久，積累的能量就越多，熱釋光量也就愈多。只要加熱陶瓷，測(cè)量放出光的多少和強(qiáng)弱，就能判斷出陶瓷的燒制年份?，F(xiàn)在你知道啦，那些被判斷為唐朝的瓷器，并不是瞎說，是有根據(jù)的哦。