科學家如何估算地球的誕生時間？

從太空看見的地球

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科學家並不是靠挖出一塊完美的「第一塊石頭」來找出地球的生日。那塊石頭大概早就不存在了。地球經過數十億年的熔融、擠壓、侵蝕、掩埋，並被板塊運動不斷回收，因此這顆行星早已把自己最早期的證據摧毀得所剩無幾。

目前最好的估計是，地球大約有 45.4 億年的歷史。這個數字並不是從單一一塊石頭猜出來的，而是把地球與其他古老的太陽系物質（尤其是隕石）拿來比較，並利用放射性定年來測量某些原子時鐘已經走了多久，才得出來的結果。

放射性定年之所以可行，是因為某些原子並不穩定。隨著時間過去，具有放射性的「母」同位素會以可預測的速率轉變為較穩定的「子」同位素。只要科學家知道這個速率，並測量出礦物中母同位素與子同位素的比例，就能計算出這塊礦物最後一次結晶、或被高溫重置的時間。

這也是為什麼碳定年並不是用來測地球年齡的工具。碳 14（carbon-14）只能用在曾經活過的材料上，而且上限只到幾萬年。要處理更深遠的時間，地質學家會採用速率更慢的時鐘，例如鈾（uranium）衰變為鉛（lead）、鉀（potassium）衰變為氬（argon），或釤（samarium）衰變為釹（neodymium）。

地球上的岩石仍然有用，但大多只是線索。地球上已知最古老的岩石超過 40 億年，而來自西澳大利亞的細小鋯石（zircon）晶體則約有 43 到 44 億年。這些晶體證明地球至少有這麼老，但並不能標示出整顆行星形成的那一刻。

隕石對於界定起跑線更為有用。許多隕石是早期太陽系遺留下來的碎片，並沒有經過地球的回收機制。USGS（美國地質調查所）指出，超過 70 顆以放射性方法定年的隕石，其年齡落在約 45.3 到 45.8 億年之間，這指向太陽系中固態天體正在成形的那段時期。

其中一種特別重要的方法，是比較鉛同位素。鈾 235 和鈾 238 會衰變成不同的鉛同位素，而古老地球物質中的鉛比值，可以拿來和鐵隕石中的鉛做比較，例如代亞布羅峽谷隕石（Canyon Diablo meteorite）。這樣的計算得到的年齡約為 45.4 億年，不確定度小於 1％。

所以「地球的年齡」，真正指的是地球以及內太陽系其他固態天體，從同一團氣體與塵埃雲中逐漸聚合起來的那段時間。這並不是人類意義上的生日。行星的形成是一個混亂的過程，包含塵埃、岩石、碰撞、熔融，以及一次又一次的重建。

簡短的說法是：科學家對古老礦物、月岩，特別是隕石進行定年，然後用物理學把這些時鐘連回到地球的形成。地球把自己最早的許多篇章都藏了起來，但隕石為開篇留下了副本。

參考資料

  1. Age of the Earth – USGS Publications Warehouse（地球的年齡－美國地質調查所出版品資料庫）
  2. Radiometric Age Dating – National Park Service（放射性年代定年－美國國家公園管理局）
  3. Radiometric Dating: Clair Patterson – Understanding Evolution（放射性定年：克萊爾．派特森－認識演化）
  4. Facts About Earth – NASA Science（關於地球的事實－NASA 科學）
  5. Formation of Our Solar System – American Museum of Natural History（我們太陽系的形成－美國自然史博物館）
  6. How old is the Earth? – The Planetary Society（地球有多老？－行星學會）
  7. Research Yields Greater Precision in Determining Age of Meteorites – Planetary Science Institute（研究讓隕石年齡的判定更精確－行星科學研究所）

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