陨石|他测量地球年龄时,不经意间拯救了世界,而大部分人却毫不知情( 二 )
掌握了以上的知识 , 人类就开始了对地球年龄的测算过程 。
这就不得不提起一个人他叫克莱尔·帕特森 , 在二战的时候他以一名小研究生的身份参加了美国的曼哈顿计划 , 也就是核武器的研究 。
原子弹所使用的裂变元素为铀235 , 但铀235在自然界中只占了铀储量的0.7% , 大多是以铀238的形成存在占了99.27% 。
所以就要从铀矿中提纯铀235 , 这个过程就是铀浓缩 , 十分困难 , 因此当时美国就召集了很多专家研究这件事 , 克莱尔·帕特森就是其中之一 , 在这里他第一次接收到了质谱仪 。
这种仪器能够对矿物中元素的含量进行测定 。
这为他后来测算地球年龄打下了基础 。 在二战结束以后克莱尔·帕特森回到了大学继续自己的学业 , 他的导师是哈里森·布朗 。
哈里森·布朗在当时已经想到了如果测算地球年龄的方法 , 就是测量出在地球的历史中有多少的铀元素已经衰变到了铅元素 , 或者说有多少铅元素是由铀元素衰变来的 , 根据这个衰变的过程就能知道地球的年龄 。
在这个问题中最关键的地方就在于地球诞生时原始的铅含量是多少?
哈里森·布朗决定把这个测量的任务交给克莱尔·帕特森 , 毕竟他对质谱仪了如指掌 。
哈里森·布朗给了克莱尔·帕特森一小块锆石 , 并告诉他:你只要能测量出其中铀和铅的含量 , 你就是第一个知道地球年龄的人 , 这对你来说非常简单 。
克莱尔·帕特森欣然答应了 , 但是令他没有想到的是 , 这个看似简单的测量却花费了他不下5年的时间 , 因为不管他每次测量的时候有多么谨慎、就算操作方法、环境都一样 , 但每次测量的铅含量都不一样 。
克莱尔·帕特森意识到肯定是样品在测量的时候受到了污染 , 于是他对实验室各种清洗、密封都无济于事 , 还是摆脱不了不知来源的、无处不在铅污染 。
最后他着手建造了人类历史上第一个无尘净室 。 其中的空气、设备都要进行过滤和清洗 , 实验试剂重新进行蒸馏提纯 , 穿着防护服、经过多道门才能进出实验室 。
经过这个的努力 , 他终于准确的测出了锆石中铅的含量 , 每次的结果都是一致的 。 这个铅含量就是地球上目前平均铅含量 。 这其中包含了由铀元素衰变产生的铅 。
因此我们必须知道地球初始诞生的时候有多少铅 , 才能知道铀衰变产生了多少铅 。 那么地球的初始铅从哪里找呢?
当然是和地球同一时期形成的铁陨石 , 这类陨石的前身其实就是一个小行星 , 他们和地球同一时期形成的 , 而且其中大部分是铁元素 , 铀元素的含量基本为零 。
那么只要测量出铁陨石中铅的含量就能知道地球的初始铅含量 。 1953年克莱尔·帕特森获得了铁陨石样本 , 并在自己的无尘净室提取了其中的铅元素 。
这样他就知道了地球上的铅有多少是由铀衰变产生的 , 并计算得出了地球的年龄大约为41到46亿年 。
这个结果其实不算太准确 , 因为锆石毕竟是在地球上找到了 , 他经历过数亿年的地质变迁 , 其中的铅含量并不是非常的准确 , 并不能很好的代表地球现今的平均铅含量 。
于是他又找来的石陨石 , 他也是跟地球在同一时期形成的 , 一直漂浮在太空中 , 没有被污染过 , 也没有经历过任何的地质变化 , 唯一变化的就是铀元素到铅的衰变 。
测量其中的铅就能更好的代表地球先进的平均铅含量 , 最后克莱尔·帕特森测量出来的地球准确年龄为45.5±0.7亿年 。
如他老师所说经过了漫长的7年时间 , 他成为了第一个知道地球年龄的人 , 他的目前是第二人 , 因为他得出结果以后非常的兴奋 , 首先就给自己的母亲打了电话告诉了她这个结果 。
不过克莱尔·帕特森并没有就此止步 , 他回想起了自己在测定锆石的时候外界环境对实验严重的污染 , 这说明自然环境中存在着大量的铅 。
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