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地球有多老？
地質時間的界定與方法
宗教與神話的臆測
佛教的輪迴觀︰地球的年齡是無限大
的，因為已經過無限次的輪迴
 天主教根據聖經認為地球是很年輕的
約被創造於4004 BC

大主教 Archbishop James Ussher
(1625-1656)


根據聖經計算出：地球誕生
於：西元前4004年 10月23
日上午9︰00
耗費20年的時間，寫出
2,000 頁拉丁文的文章：

The Annals of the Old
Testament, first published in
London in the summer of
1650.

於 1654, Ussher 加入了自
70 A.D. 羅馬摧毀耶路撒冷
聖殿後的歷史
大多數科學嘗試的基本原則
所需要件：
 需是經由自然過程所造成之改變
 此改變需以等速度進行
 需於地質上留下可循之記錄

年齡(時間) = 改變的數量
變化的速率
Georges Louis Leclerc Comte de Buffon
(1707-1788)法國博物學家







撰寫了博物學巨著《自然史》。
這是一部說明地球與生物起源的通俗
性作品，第一卷於1749年正式出版。
全書共44卷﹐前36卷於布豐在世時完
成﹐後8卷由他的學生於1804年整理出
版。
書中《地球的理論》提出了地球成因
假說﹐認為地球是太陽與彗星相撞擊
而分離出的一個塊體﹐逐漸冷卻而成
。
提出地球的形成過程分為 7個階段﹐
估計地球年齡為75000年。
但在個人的筆記中﹐卻認為地球年齡
為 300萬年。
關於物種可變性和進化論的思想﹐在
當時有著積極的啟蒙作用。
Nicholas Steno (1638-1686)

於1669年提出：

原始水平沈積定律

（principle of original horizontality）

由沈積物所產生的沈積層理面是水平的或近
乎水平的或者差不多和地球表面相似。

叠置定律（Principle of Superposition）

主張在沒有受過變動的沉積岩層中，老的地
層在底部，新的地層在頂上，就是新的地層
依次叠覆在老的地層上面。

這些定律適用於沈積岩和火山岩。
原始水平沈積定律
叠置定律
James Hutton （1726-1797）
現代地質學之父
 the 1790s, he published a threevolume treatise, over 2,000 pages
in length, titled An Investigation
into the Principles of Knowledge.

William Smith（1763-1839）
英國地質之父
 18世紀末的一個土地檢查員，
 發現層序（ strata ）
 區域間岩層的排列有規律性，且
其中所含有的化石亦相同，因此
可藉由化石的組成來判定岩層的
老與年輕

改變世界的地圖
1799
 史上第一張地質圖

美國大峽谷國家公園
大峽谷剖面圖
三葉虫化石（365百萬年） 加拿大，安大略省
石化的森林，美國亞利
桑那 (大約2億年)
有相同化石的岩層是相同的年齡。
化石次序定律
William Smith創立的定律
 化石是岩石中所含有的生物遺體。
 不同時代的岩層含有不同的化石群，
而含有相同化石群的地層可以證明它
們的時代是相同的，所以由化石群的
出現可以決定是哪一個時代的地層。

John Phillips (1800 –1874)
英國地質學家



William Smith 的姪子
於1841, 根據 Smith 所奠定
下化石與岩層間之關係，與
化石物種的組成，訂出了地
質年代表的3個代（eras）
Palæozoic


Mesozoic


古生代-The Age of Fishes
中生代-The Age of Reptiles
Cænozoic

新生代-The Age of Mammals
詳細的估算印度恆河的風化
速率，沈積量，及沈積速率
 以估算出沈積一岩層所需的
時間
 再導出地球約1億年

相對年代
利用化石，層序，正交與結切關係訂
出相對的時間先後順序
 所利用之定律：
 原始水平沈積定律
 疊置定律
 化石次序定律

地質相對時間表
早期絕對年代的計算形式
William Thomson, Lord Kelvin
(1824-1907)

於1862年發表：根據熱力傳導
計算熔融的球的冷卻 導出 地球約2000-4000萬年老
 在 Charles Darwin‘s 於1859
年發表物種起源On the
Origin of Species 後
 指出：除非地球與太陽內部
有新的熱源的供給，否則太
陽根本還不夠老到可讓物種
有演化的時間！
John Joly (1857-1933 )
假設地球誕生時的海洋為淡水
 藉由以 Edmond Halley 的方法
來測量海水的鹽度
 計算河流增加海洋鹽度的速率
 於1989年導出：地球約80009000萬年老
 但又於1909年所發表的

Radioactivity and Geology書中
()

根據同位數衰變的計算導出：
地球應為1億年老
喬治‧達爾文(1845-1912)
英國天文學家



月球分出說
地球的早期處在半熔融狀態，
其自轉速度比現在快得多，同
時在太陽引力作用下會發生潮
汐。如果潮汐的振動週期與地
球的固有振動週期相同，便會
發生共振現象，使振幅越來越
大，最終有可能引起局部破裂
，使部分物體飛離地球，成為
月球，而留下的凹坑遂發展成
為太平洋。
藉月亮的演化導出：地球大約1
億年
放射性的發現 ( 1896 )
亨利·貝克勒爾
 Antoine Henri Becquerel
（1852-1908）
 1903年諾貝爾物理學獎-因
發現自發放射性
 鈾鹽螢光與X光實驗在人類
歷史上第一次發現了原子
核現象
 這一發現成了核子物理學
研究的開端。

瑪麗和皮埃爾居裡 （1867-1934；1859-1906）





瀝青鈾礦石為主，因為這種礦石
的總放射性比其所含有的鈾的放
射性還要強。
離出了氯化鐳並發現了兩種新的
化學元素：釙（Po）和鐳（Ra
）。
1903年的諾貝爾物理學獎
八年之後的1911年，居里夫人
又因為成功分離了鐳元素而獲得
諾貝爾化學獎。
出乎意外的是，在居里夫人獲得
諾貝爾獎之後，她並沒有為提煉
純淨鐳的方法申請專利，而將之
公佈於眾，這種作法有效的推動
了放射化學的發展。
瀝青鈾礦 - 鈾礦石
B.B. Boltwood
1904-1907
 首先斷定岩石的年代
 將鈾視為鉛衰變後的產物
 試著計算岩石中含鈾礦物的鈾/鉛比
 根據簡單釉鉛衰變速率的計算推估：
 地球約2.5億到13億年

Authur Holmes
根據並大幅修正Boltwood所提
出鈾鉛衰變速率的計算
 對化石進行定年，得出：
3400萬年(a Carboniferous
sample), 到16億年 (a
Precambrian sample)等年代
 推估地球約40億歲 （1921）

絕對年代

透過礦物或岩石的
放射性同位素的測
定，依據放射性元
素蛻變規律計算其
絕對年齡，即距今
天的年數。

給基於化石與地層
相對年代所定出之
地層柱添加精確的
年代數目
同位素

同位素同屬於某一化學元素，其原子具有相
同數目的電子和質子，但卻有不同數目的中
子。

例子︰ 235U，238U， 87Sr，86Sr 14 C，12 C

如果這原子是有放射性的話，它會被稱為放
射性同位素。

天然存在的放射性同位素主要是恆星的內部
。例如鈾，在星體內直接被形成。
同位素定年的要求
← K40
需為封閉系統
← Ar40
 衰減率恆定且已知
 母放射性元素穩定的衰減成非放射性
子元素
 可測得子同位素的種量

半衰期：1/2母同位素衰退成子
同位素所花費的時間
子同位素
母同位素
回到地球的年齡
在地球上最老的岩石 (1998)
(Acasta片麻岩，北加拿大)
-大約40.3億年
在地球上最老的鋯石礦物 (2001)
( Zircon, Jack Hills Conglomerate 角
礫岩，西澳)
-大約44.4億年
目前科學界推估地球-45.6億年的年齡
地球上最老的鋯石
於西澳Jack Hills 被發現
 非火成鋯石，而是風化沈積出的鋯石
為（detrital zircons）
 顯示：當時地表已有水！且亦有地！
 而非為凝固之溶岩
 可推估：固態的地球於此時已存在

那太陽系又有多老呢？
隕石
含碳的Chondrite
(Allende隕石)
鐵隕石
隕石年代
Type
Number Method Age (Gyr))
Chondrites (CM, CV, H, L, LL, E)
13
Sm-Nd 4.21 +/- 0.76
Carbonaceous chondrites
4
Rb-Sr
4.37 +/- 0.34
Chondrites (undisturbed H, LL, E)
38
Rb-Sr
4.50 +/- 0.02
Chondrites (H, L, LL, E)
50
Rb-Sr
4.43 +/- 0.04
H Chondrites (undisturbed)
17
Rb-Sr
4.52 +/- 0.04
H Chondrites
15
Rb-Sr
4.59 +/- 0.06
L Chondrites (relatively undisturbed) 6
Rb-Sr
4.44 +/- 0.12
L Chondrites
5
Rb-Sr
4.38 +/- 0.12
LL Chondrites (undisturbed)
13
Rb-Sr
4.49 +/- 0.02
LL Chondrites
10
Rb-Sr
4.46 +/- 0.06
E Chondrites (undisturbed)
8
Rb-Sr
4.51 +/- 0.04
E Chondrites
8
Rb-Sr
4.44 +/- 0.13
Eucrites (polymict)
23
Rb-Sr
4.53 +/- 0.19
Eucrites
11
Rb-Sr
4.44 +/- 0.30
Eucrites
13
Lu-Hf
4.57 +/- 0.19
Diogenites
5
Rb-Sr
4.45 +/- 0.18
Iron (plus iron from St. Severin)
8
Re-Os 4.57 +/- 0.21
-----------------------------------------------------------------------After Dalrymple (1991, p. 291); duplicate studies on identical meteorite types omitted.
太陽系的年代
由於在撞擊地球厚重結晶
之關係，多數隕石的年代
約45 億年!
 最老的隕石定年顯示：至
少50億年
 鎂Magnesium-綠色
 鈣calcium-黃色
 鋁aluminium-白色
 矽silicon-藍色

Open University
這週討論主題
地球可以活多老？
 方法？
 依據？
 科學家的預測
