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儀器與地球歷史（一）

———同位素測定巖石你幾歲了？

2020-01-14 10:41:04來源：儀器網(wǎng)關鍵詞：同位素閱讀量：3711

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】莊子在《逍遙游》中說：“上古有大椿者，以八千歲為春銘記囑托，八千歲為秋”引領，這是古人想象中生物存活時間的極限。然而即使是以萬年為一年示範，大椿的年齡依然無法與巖石相比應用前景。地質學家一直沒有停止過對巖石年齡的追問，這不僅是為了了解巖層的形成與發(fā)展運行好，還是為了解釋一個更大的謎團——地球的誕生與成長首次。

　　現(xiàn)在，即使是一個小學生也可以回答部署安排，地球的年齡是46億年搖籃。然而這個答案卻是地質學發(fā)展200多年才得到的結果。地球的年齡初屬于神學領域推廣開來，各種創(chuàng)世神話回答了先人對世界從何而來的的追問推動。而在1625年，一名愛爾蘭天竺教會的大主教結合圣經、歷史學和天文歷法知識信息，通過“科學”的方法計算出了精確的創(chuàng)世日期——公元前4004年10月22日星球六下午6點左右姿勢。

　　隨著科學的發(fā)展與地質學的萌芽，創(chuàng)世神話不再成為判斷地球年齡的依據(jù)培養，取而代之的是來自地層的直接證據(jù)交流研討。想要知道地球的年齡，就需要確定地球上古老的巖石的年齡形式。地質學家確定巖石形成時間的方法主要有兩種：相對年代測定法與年代測定法建設應用。

　　相對年代測定法依據(jù)的基本規(guī)律是地層層序律，即沉積地層的層序中如果沒有被后期的運動所逆掩或倒轉日漸深入，那么上層地層的形成時間要晚于下層地層動力。此外，化石層序律也是相對年代測定法的常用規(guī)律互動式宣講。不同時代生活的生物種類不同效高性，對比地層中標志性的化石就可以粗略估計地層的形成年代。

　　相對年代測定法只能簡單判斷地層形成的先后順序自動化，因此十九世紀以來提升，地質學流行的觀點是地球演化的起點漫長到無法推測，我們只能分析各個地質時期的具體變化不折不扣。這一理論在著名物理學家開爾文根據(jù)熱力學定律通過計算地球冷卻過程得到地球年齡之后受到了極大沖擊支撐能力。開爾文的方法得到的終結果為2400萬年。然而對地質變化和生物演化來說兩千多萬年遠不足以讓地球變成現(xiàn)在的樣子高效利用。

　　轉折來自放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)特征更加明顯。放射性元素在放射過程中會產生熱量，這一現(xiàn)象推翻了開爾文計算地球年齡時的一個前提假設——地球內部沒有其他熱量來源講理論。開爾文的學生盧瑟福在此基礎上提出“半衰期”的概念與利用放射性元素衰變過程測量巖石年齡的新設想的可能性。幾年后美國化學家博爾特伍德提出鈾—鉛測定方法，在理論上提出測定巖石年齡的方法服務為一體。四十年后碳-14 測年法正式將同位素測年變?yōu)楝F(xiàn)實問題。從此測定地層具體年齡的年代測定法成為地質年代學研究的主要方法。根據(jù)鈾—鉛測定方法要落實好，美國地球化學家克萊爾·帕特森終確定地球的年齡為45.5±0.7億年緊密相關。

　　自碳-14 測年法出現(xiàn)之后，同位素測年法開始快速發(fā)展先進技術，在測年方法上出現(xiàn)了鈾-釷-鉛法培訓、銣鍶法以及鉀氬法等新方法，測年技術也有了極大進步宣講手段。同位素測年法需要測定樣品中的微量甚至痕量元素重要工具，因此質譜就成為同位素測年的標配方法積極拓展新的領域。

　　目前鈾鉛同位素定年的主要技術有同位素稀釋-熱電離質譜法、二次離子質法非常激烈、激光剝蝕 - 電感耦合等離子體質譜法等競爭力所在。地質年代學實驗室建設除了氦同位素定年四極質譜儀、多接收電感耦合等離子體質譜儀等先進質譜儀器之外領域，還需要超凈化學間以實現(xiàn)純凈無污染的鉛提取溝通機製。從克萊爾·帕特森開始的超凈室是金屬同位素地球化學實驗室的必備配置。

　　關于巖石年齡的問題在回答了地球年齡之后并沒有結束註入新的動力，同位素測年法并不是完美無缺的領先水平，例如不是所有的巖層都有合適的樣品可以進行同位素測年、選取的樣品很難消除后期熱變質作用的影響等雙重提升。但是有不足才有進步的可能戰略布局，質譜技術沒有停下發(fā)展的腳步。當所有巖層的年齡都不再是秘密表現明顯更佳，地球的演變歷史也將完全展現(xiàn)在我們面前狀態。

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