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地球年龄|46亿岁的地球，有一颗年轻的“心”

出品：科普中国
作者：杨凡 （中国科学院地质与地球物理研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
“日月安属？列星安陈？”人类对天空的探索从古至今未曾停止 ， 这其中 ， 养育万物的地球自然成为了我们最好奇的星球之一 。 早在1956年 ， 加州理工学院的地球化学家克莱尔·帕特森（Clair C. Patterson）就利用同位素法测定出地球有着46亿年的历史 ， 更加准确的说是45.5±0.7亿年 。 然而 ， 最近有一项科学研究表明 ， 地球内核却只有10亿多年的历史 ， 它的年龄可能在10亿至13亿年之间 。 那么 ， 为什么地球内核有着跟地球不一样的年龄 ， 甚至比地球年轻了那么多呢？
地球内核年龄不等于地球年龄？
对于地球的年龄 ， 有着不同的分类 ， 比如天文年龄 ， 描述的是地球从开始形成到现在的年龄 ， 这个年龄跟地球的形成相关 ， 记录着地球作为一颗原始行星在太阳系中的生命历程 。 除此之外 ， 还有地质年龄 ， 描述的是地球上从地质作用开始之后到现在的时间 ， 地质年龄一般略大于地球上最古老的岩石年龄 。 我们通常所说的地球年龄是指它的天文年龄 。
那么 ， 科学家们如何测量地球年龄呢？
理论上 ， 只要找到和地球同时期形成的岩石 ， 测量出岩石的年龄 ， 就能知道地球的年龄 。 迄今为止 ， 地球上发现的最古老的岩石 ， 是澳大利亚西部的一块锆石晶体 ， 根据测验 ， 这块晶体已有43.74亿年的历史 。 但考虑到地球是一个活跃的行星 ， 在几十亿年的地质运动的消磨下 ， 地球形成之初的那些岩石或者晶体早已经不知所踪 ， 能完整保存至今而且被我们发现的少之又少 ， 因此这个方法并不能保证精确地测定地球年龄 。
地球年龄|46亿岁的地球，有一颗年轻的“心”
△43.74亿年前锆石晶体（图片来源：中科院南京地质古生物研究所）
所以 ， 科学家提出了另一种方案：假设地球和陨石（主要是太阳系内的星际物质）均由太阳系内的星尘吸积而成 ， 由于形成时间相同 ， 二者就会具有相同的元素成分 ， 简单来说就是地球与陨石同源 ， 那么只要能够测量出陨石的年龄 ， 就能大致推测出地球的年龄 。
克莱尔·帕特森正是采用了这种方法 ， 他的测量结果就是基于对来自亚利桑那州的Canyon Diablo 铁陨石的测定 。 自此以后 ， 对陨石和月球岩石的研究结果只对该数值进行了微小的修正 。
地球年龄|46亿岁的地球，有一颗年轻的“心”
△Canyon Diablo 铁陨石（图片来源：http://scihi.org/clair-cameron-patterson-age-earth/）
而我们都知道 ， 地球是一个明显具有圈层结构的星球 ， 主要分为地壳、地幔和地核 ， 而地核又分为外核和内核 。 在大多数人的意识中 ， 地球各个部分应该是在同一时期形成的 ， 因此它们之间的年龄应该相差不多 ， 而地核应该是地球最老的一部分 。 但事实并非如此 ， 地球各个部分都有自己的年龄 ， 比如 ， 大洋地壳的年龄一般不超过2亿年 ， 而且最新研究表明地球内核年龄只有10亿年 。 （注意这里所说的地球内核的年龄只有10亿来年 ， 指的是地球内核从形成到现在 ， 大约只有10亿年 ， 而不是指整个地核的年龄 。 ）
地球年龄|46亿岁的地球，有一颗年轻的“心”
△大洋岩石圈的年龄（百万年）（图片来源：https://www.ngdc.noaa.gov/）
讲到这里相信大家都会有一个疑问：地球内核在地球的最里面 ， 像《地心游记》那样打一个洞进去采样 ， 几乎是不可能实现的 ， 那么科学家是如何测定它的年龄的呢？
如何测量地球内核的年龄？
地核深藏于地表2900km之下 ， 其半径约 3470km ， 占据了整个地球 1/6 的体积和近 1/3 的质量 。 对于我们人来说 ， 地核是地球中最遥不可及的一部分 ， 向地球内部打钻比飞向外太空更具挑战性 ， 宇宙飞船已经飞过了离地球200 多亿公里的太阳系边界 ， 可是人类打过的最深的钻孔 ， 离地表还不超过13km 。 再加上火山喷发也不可能将新鲜的地核样本带到地面 ， 因此 ， 迄今为止 ， 我们还无法取得任何新鲜的地核样本 ， 其内部结构和化学成分只能通过间接的手段来推断 。
【地球年龄|46亿岁的地球，有一颗年轻的“心”】地球年龄|46亿岁的地球，有一颗年轻的“心”
△通过地震波提取地核结构的信息（图片来源：参考文献1）
科学研究表明 ， 在地球形成初期 ， 地核并没有分为固态内核和液态外核 ， 那么 ， 地核开始冷却的时间 ， 就是地球内核的诞生时期 ， 也是地球内核的年龄 。 但地核何时开始冷却的也是一个难题 ， 因此多年来 ， 关于地核的实际年龄一直存在多种混乱的答案 ， 有学者认为是非常古老的45亿岁 ， 也有学者认为是十分年轻的5.65亿岁 。


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