【科普】地球年龄……什么？年轻的地球？
在talkorigins看到了一片关于地球年龄的文章，挺有意思。文章大体介绍了一下地球年龄的推算，以及反驳了一下神创论者的年轻地球论。特此搬运一下。
地球的年龄有多大？我们是怎么知道的？
如今，科学界普遍接受的地球以及太阳系年龄为45.5亿年左右（正负±1%），这个数值是从不同支线的证据中推算而来。
不幸的是，我们无法从单单来自于地球的材料来直接计算地球年龄。因为有证据表明，来自地球堆积物的能量会导致表面被熔化，并且侵蚀过程以及地壳再循环作用显然会摧毁掉所有的最早时期表面。
目前，在地球上找到的最古老岩石大约有38-39亿年前（通过几种放射性测年法计算），其中某些岩石为沉积岩，并且其内部包含的矿物质年龄则可达41-42亿年。像如此高龄的岩石相对较为稀少，然而年龄至少达35亿年的岩石在北美、格陵兰、澳大利亚、非洲以及亚洲都有找到。
如今，科学界普遍接受的地球以及太阳系年龄为45.5亿年左右（正负±1%），这个数值是从不同支线的证据中推算而来。
不幸的是，我们无法从单单来自于地球的材料来直接计算地球年龄。因为有证据表明，来自地球堆积物的能量会导致表面被熔化，并且侵蚀过程以及地壳再循环作用显然会摧毁掉所有的最早时期表面。
目前，在地球上找到的最古老岩石大约有38-39亿年前（通过几种放射性测年法计算），其中某些岩石为沉积岩，并且其内部包含的矿物质年龄则可达41-42亿年。像如此高龄的岩石相对较为稀少，然而年龄至少达35亿年的岩石在北美、格陵兰、澳大利亚、非洲以及亚洲都有找到。
尽管以上这些数值并不能代表地球年龄，但是它们却建立了一个年龄的下限（也就是说地球年龄起码至少与这些岩石组一样的老）。这个下限与多次独立推算的实际地球年龄，即45.5亿年是一致的。
计算地球年龄最直接的方法就是Pb/Pb（铅）等时线年龄法（即利用Pb的同位素进行测量），而用来推算年龄的样本则来自于地球以及陨石。这个方法需要三种铅的同位素（Pb-206、Pb-207以及Pb-208或-204），然后通过Pb-206/Pb-204对Pb-207/Pb-204进行作图。
计算地球年龄最直接的方法就是Pb/Pb（铅）等时线年龄法（即利用Pb的同位素进行测量），而用来推算年龄的样本则来自于地球以及陨石。这个方法需要三种铅的同位素（Pb-206、Pb-207以及Pb-208或-204），然后通过Pb-206/Pb-204对Pb-207/Pb-204进行作图。
如果太阳系是从共同的一滩物质中形成，而这滩物质依据铅同位素比值均匀分布，那么作图时，这滩物质中所有物体的最初图形都将落在一个单独的点上。
而随着时间的流逝，一些样本中的Pb-206和Pb-207总量会发生改变，因为这些同位素是铀（U）衰变的最终产物；即U-238衰退至Pb-206，U-235衰退至Pb-207。这会造成图像中的数据点会逐渐彼此分离。其中，岩石的铀/铅比例越高，则Pb-206/Pb-204和Pb-207/Pb-204数值会随着时间改变越大。
如果太阳系起源在铀同位素比值上也同样均匀分布，那么数据点则总会落在同一条直线上。通过这条直线的斜率，我们则可以计算当这滩物质开始彼此分离成一个个物体后，时间总共过去了多久。
而随着时间的流逝，一些样本中的Pb-206和Pb-207总量会发生改变，因为这些同位素是铀（U）衰变的最终产物；即U-238衰退至Pb-206，U-235衰退至Pb-207。这会造成图像中的数据点会逐渐彼此分离。其中，岩石的铀/铅比例越高，则Pb-206/Pb-204和Pb-207/Pb-204数值会随着时间改变越大。
如果太阳系起源在铀同位素比值上也同样均匀分布，那么数据点则总会落在同一条直线上。通过这条直线的斜率，我们则可以计算当这滩物质开始彼此分离成一个个物体后，时间总共过去了多久。
一位年轻地球神创论者会拒绝接受以上这些“假设”，然而这些假设却本身已经被图形数据所验证。因为这些假设的一切前提就是：如果它们是错误的，那么当以Pb-206/Pb-204对Pb-207/Pb-204作图时，其中的数据点则没有任何理由会落在同一条直线上。
比如，以下这张Pb-206/Pb-204对Pb-207/Pb-204的数据图，其数据点为：含有不同量铀的五个陨石（五个空心点），以及所有不包含铀的陨石（第一个单独的实心点），以及一个代表着现今陆地沉积层的点（另一个实心点）。从图中可知，这些点基本形成了一条直线，与上述假设中所提出的大前提很好的相符。
比如，以下这张Pb-206/Pb-204对Pb-207/Pb-204的数据图，其数据点为：含有不同量铀的五个陨石（五个空心点），以及所有不包含铀的陨石（第一个单独的实心点），以及一个代表着现今陆地沉积层的点（另一个实心点）。从图中可知，这些点基本形成了一条直线，与上述假设中所提出的大前提很好的相符。
根据上述内容可知，针对地球年龄的其他测量同时也依赖于太阳系年龄的计算。而我们期望在太阳系中能找到一些随着地球形成并且地质活动性很差的物体（这样它们形成时的证据无法被抹去），比如上面提到的陨石。
下表中是从一群陨石中，通过其他元素的放射测年法得出的地球/太阳系年龄。
如以上表格中所展示，这些陨石一致的将年龄指向了45亿年左右，与Pb同位素法所测得的年龄相符。并且，即使是不同的陨石以及通过不同元素所测，结果依然如此。另外值得注意的是，年轻地球神创论者甚至无法指责我们选用数据。以上的数据中包含了所有陨石中的很多个样本，并且这些样本都使用了同位素年代测定法。根据Dalrymple (Dalrymple, G. Brent, 1991. The Age of the Earth, California, Stanford University Press， p286 & 474)的数据可知，在不到100个进行了同位素年代测定的陨石中，足足有大约70个样本展现出了低分析误差。
下表中是从一群陨石中，通过其他元素的放射测年法得出的地球/太阳系年龄。
如以上表格中所展示，这些陨石一致的将年龄指向了45亿年左右，与Pb同位素法所测得的年龄相符。并且，即使是不同的陨石以及通过不同元素所测，结果依然如此。另外值得注意的是，年轻地球神创论者甚至无法指责我们选用数据。以上的数据中包含了所有陨石中的很多个样本，并且这些样本都使用了同位素年代测定法。根据Dalrymple (Dalrymple, G. Brent, 1991. The Age of the Earth, California, Stanford University Press， p286 & 474)的数据可知，在不到100个进行了同位素年代测定的陨石中，足足有大约70个样本展现出了低分析误差。
另外，对于单个陨石的最大年龄计算，即使通过多种放射性测年法，或者对同一陨石的多个样本进行多次测试，也普遍得出一致的年龄，即45亿年左右，如下图所示。
一些常见的年轻地球测量方法：
年轻地球神创论者拒绝主流科学界所计算的地球年龄，因此他们便自己采用了另一套测量方法，并声称用他们的方法给出的地球年龄远远小于45亿年左右（通常是在几千年左右）。以下为常见的年轻地球“测量方法”：
1.大气中氦的积累
2.地球磁场的衰退
3.月球上陨石灰尘的积累
4.海洋中金属的积累
注意，这些并不代表年轻地球神创论者最佳或者最难以反驳的言论，而是在科学神创论中最常见最普遍的言论。不知道科学神创论是什么的请自行看此贴！https://tieba.baidu.com/p/3943589001
年轻地球神创论者拒绝主流科学界所计算的地球年龄，因此他们便自己采用了另一套测量方法，并声称用他们的方法给出的地球年龄远远小于45亿年左右（通常是在几千年左右）。以下为常见的年轻地球“测量方法”：
1.大气中氦的积累
2.地球磁场的衰退
3.月球上陨石灰尘的积累
4.海洋中金属的积累
注意，这些并不代表年轻地球神创论者最佳或者最难以反驳的言论，而是在科学神创论中最常见最普遍的言论。不知道科学神创论是什么的请自行看此贴！https://tieba.baidu.com/p/3943589001
1.大气中氦的积累
关于此条，年轻地球神创论者的言论是这样：氦-4是由放射性衰变所产生并且持续增加到大气层中。与氢不同，氦不足够轻至逃脱地球的引力,所以它会因此随着时间而积累。如今大气中的氦含量，其需要的积累时间不超过20万年，因此地球是年轻的。（这个言论有可能最先是由摩门教的年轻地球论者Melvin Cook所提出，他给nature的编辑写了封信，这封信在nature官网上可以找到）
关于此条，年轻地球神创论者的言论是这样：氦-4是由放射性衰变所产生并且持续增加到大气层中。与氢不同，氦不足够轻至逃脱地球的引力,所以它会因此随着时间而积累。如今大气中的氦含量，其需要的积累时间不超过20万年，因此地球是年轻的。（这个言论有可能最先是由摩门教的年轻地球论者Melvin Cook所提出，他给nature的编辑写了封信，这封信在nature官网上可以找到）
反驳：
然而，这个言论的大前提就错了。实际上氦是可以逃脱的，并且其逃脱率几乎和生产率相同。为了通过此方法而获得一个年轻地球的年龄，年轻地球神创论者不得不无视掉氦逃脱的机制。比如神创论者Henry Morris说：“完全没有证据表明氦-4可以大量的逃出外逸层( Morris 1974, p. 151 )。”
Morris当然是错的。当无视一个与期望过程相驳的机制时，很显然是无法“发明”一个好的测量方法的。例如，研究者Banks和Holzer【1】发现实际上即使是普通的风，就可以令（2-4）*106 ions/cm2/sec的氦-4逃逸，这个量与其生产率几乎相同 (2.5 +/- 1.5) x 106 atoms/cm2/sec。对氦-3的计算也得到了相似的结果：即逃脱率几乎和生产率相同。而另一个可能的逃脱机理则为：当地磁场发生倒转，会出现磁场强度相对较弱的一个较短时期，而在此期间太阳风和上层大气之间的直接相互作用则会令氦-4出现逃离现象。Sheldon和Kern【2】估算出，在过去的350万年发生的20次地磁场倒转会保证氦的产生与丢失的平衡。
然而，这个言论的大前提就错了。实际上氦是可以逃脱的，并且其逃脱率几乎和生产率相同。为了通过此方法而获得一个年轻地球的年龄，年轻地球神创论者不得不无视掉氦逃脱的机制。比如神创论者Henry Morris说：“完全没有证据表明氦-4可以大量的逃出外逸层( Morris 1974, p. 151 )。”
Morris当然是错的。当无视一个与期望过程相驳的机制时，很显然是无法“发明”一个好的测量方法的。例如，研究者Banks和Holzer【1】发现实际上即使是普通的风，就可以令（2-4）*106 ions/cm2/sec的氦-4逃逸，这个量与其生产率几乎相同 (2.5 +/- 1.5) x 106 atoms/cm2/sec。对氦-3的计算也得到了相似的结果：即逃脱率几乎和生产率相同。而另一个可能的逃脱机理则为：当地磁场发生倒转，会出现磁场强度相对较弱的一个较短时期，而在此期间太阳风和上层大气之间的直接相互作用则会令氦-4出现逃离现象。Sheldon和Kern【2】估算出，在过去的350万年发生的20次地磁场倒转会保证氦的产生与丢失的平衡。
2.地球磁场的衰减
年轻地球论者宣称：根据测量所知，磁场的偶极随着时间略有衰减。假设如今普遍接受的、解释地球磁场存在的“地磁发电机理论”是错误的话，那造成磁场衰减的机制则应该为：最初的磁场在上帝创造万物以后其强度便开始持续减弱。而当通过一个指数拟合可推算，则即使是在8000年前也会得出一个高得离谱的磁场强度（假设其衰减的半衰期为1400年，通过130年前的推算得之），因此地球一定很年轻。此言论的主要支持者为Thomas Barnes。
年轻地球论者宣称：根据测量所知，磁场的偶极随着时间略有衰减。假设如今普遍接受的、解释地球磁场存在的“地磁发电机理论”是错误的话，那造成磁场衰减的机制则应该为：最初的磁场在上帝创造万物以后其强度便开始持续减弱。而当通过一个指数拟合可推算，则即使是在8000年前也会得出一个高得离谱的磁场强度（假设其衰减的半衰期为1400年，通过130年前的推算得之），因此地球一定很年轻。此言论的主要支持者为Thomas Barnes。
反驳：
在反驳前先简单说一下年轻地球神创论者炮轰的“地磁发电机理论”是什么。在物理中，地磁发电机理论提出一些天体----比如地球或其他星球是通过旋转、对流传热以及导电流体来在天文时间尺度上维持着磁场，如下图所示。
在反驳前先简单说一下年轻地球神创论者炮轰的“地磁发电机理论”是什么。在物理中，地磁发电机理论提出一些天体----比如地球或其他星球是通过旋转、对流传热以及导电流体来在天文时间尺度上维持着磁场，如下图所示。
年轻地球神创论者的这个言论有若干错误，以下列出一些主要的：
1.虽然如今还没有完整的地球发电机模型（因为地核一些重要的性质还未知），但是一些合理的初步结论已经得出，所以目前完全没有任何理由像神创论者那样彻底否认“地磁发电机理论”。实际上，如果能量可以施加到磁场中的话，那神创论者所做的指数拟合推算没有任何意义。
2.如今有大量证据表明磁场会自我倒转，这会令任何单向外推法计算总能量或总磁场强度变得毫无意义。现在一些神创论者也不得不承认这个。-- e.g., Humphreys (1988).
3.磁场中的很多能量在核心外部是不可见的，这就意味着神创论者的推算是基于一个这样不靠谱的前提：磁场中可观测的那部分能量变动精确代表着整个总体能量的变动。也就是说，年轻地球神创论者所说的那部分磁场衰减，显然不能代表总体磁场在衰减。因此当他们用这部分磁场衰减来推算地球磁场的强度是当然不可靠的。
1.虽然如今还没有完整的地球发电机模型（因为地核一些重要的性质还未知），但是一些合理的初步结论已经得出，所以目前完全没有任何理由像神创论者那样彻底否认“地磁发电机理论”。实际上，如果能量可以施加到磁场中的话，那神创论者所做的指数拟合推算没有任何意义。
2.如今有大量证据表明磁场会自我倒转，这会令任何单向外推法计算总能量或总磁场强度变得毫无意义。现在一些神创论者也不得不承认这个。-- e.g., Humphreys (1988).
3.磁场中的很多能量在核心外部是不可见的，这就意味着神创论者的推算是基于一个这样不靠谱的前提：磁场中可观测的那部分能量变动精确代表着整个总体能量的变动。也就是说，年轻地球神创论者所说的那部分磁场衰减，显然不能代表总体磁场在衰减。因此当他们用这部分磁场衰减来推算地球磁场的强度是当然不可靠的。
4.Barnes的推算完全无视了磁场的非偶极部分。纵使退一步讲，假如我们姑且允许无视地核内部的那部分不可见磁场，Barnes的推算也无视了可见磁场中的一部分，其推算是基于一个理论的理想状态上进行的。
其中第4条比其听起来更加重要。地球的磁场在测量时经常会分裂成两个组分，其中“偶极”组分可以近似的看作为一个围绕着单个磁铁、理论上完美的磁场，而剩余的“非偶极”组分却是凌乱的。另外，在世纪之交所观测到的偶极组分减少现象，如今已经被磁场中非偶极组分强度的增加几乎完全补偿。换句话说，磁场的形态已经偏离了理论上预期的理想磁场，实际上发生改变的能量要更多。因此综上，Barnes的推算并不是基于磁场能量改变的实际情况来进行的。
其中第4条比其听起来更加重要。地球的磁场在测量时经常会分裂成两个组分，其中“偶极”组分可以近似的看作为一个围绕着单个磁铁、理论上完美的磁场，而剩余的“非偶极”组分却是凌乱的。另外，在世纪之交所观测到的偶极组分减少现象，如今已经被磁场中非偶极组分强度的增加几乎完全补偿。换句话说，磁场的形态已经偏离了理论上预期的理想磁场，实际上发生改变的能量要更多。因此综上，Barnes的推算并不是基于磁场能量改变的实际情况来进行的。
3.月球上陨石尘的积累。
关于年轻地球，神创论者最为常见的言论之一为：测量表明，陨石尘每年涌入地球的含量为数百万吨。不过其涌入率相比于地球上的侵蚀率则微不足道（每年每英亩里被侵蚀的灰尘大概有满满一鞋盒么多）。然而，月球所接受到的陨石尘量与地球相似，并且其没有地球上这样的侵蚀过程。故综上，如果月球的年龄有几十亿年，那么其表面上的陨石尘厚度应该非常的厚（大约有上百英尺厚）。然而实际上月球表面陨石尘厚度远没有这么厚，所以月球（从而可知地球）也是年轻的。
比如在陨石尘涌入率上，神创论者Morris说：“Hans Pettersson对此做过最佳的测量，他得到的数据是每年会涌入1400万吨。”---Morris (1974, p. 152)
关于年轻地球，神创论者最为常见的言论之一为：测量表明，陨石尘每年涌入地球的含量为数百万吨。不过其涌入率相比于地球上的侵蚀率则微不足道（每年每英亩里被侵蚀的灰尘大概有满满一鞋盒么多）。然而，月球所接受到的陨石尘量与地球相似，并且其没有地球上这样的侵蚀过程。故综上，如果月球的年龄有几十亿年，那么其表面上的陨石尘厚度应该非常的厚（大约有上百英尺厚）。然而实际上月球表面陨石尘厚度远没有这么厚，所以月球（从而可知地球）也是年轻的。
比如在陨石尘涌入率上，神创论者Morris说：“Hans Pettersson对此做过最佳的测量，他得到的数据是每年会涌入1400万吨。”---Morris (1974, p. 152)
反驳：
Pettersson当时在山顶上收集尘埃的设备其实本是用来测量烟雾级别的。他测量了所收集样本的镍含量，其计算的前提是基于所有的镍都来源于陨石。然而这个前提是错的，从而导致他计算的数据被极大的高估。
另外，尽管Pettersson给出了1400-1500万吨这样的数值，但是在就这同一篇论文中他同样提到：他也相信这个数值是被高估的，实际上每年500万吨才是更有可能的。
Pettersson当时在山顶上收集尘埃的设备其实本是用来测量烟雾级别的。他测量了所收集样本的镍含量，其计算的前提是基于所有的镍都来源于陨石。然而这个前提是错的，从而导致他计算的数据被极大的高估。
另外，尽管Pettersson给出了1400-1500万吨这样的数值，但是在就这同一篇论文中他同样提到：他也相信这个数值是被高估的，实际上每年500万吨才是更有可能的。
需要一提的是，在Morris捣鼓他的“科学神创论”的时候，当时诸多资料报道了更精准的新测量数据。这些测量所得出的新数据为每年20000-40000吨（地球上的陨石尘涌入率）。多种测量手段（海洋沉积物的化学信号、卫星渗透探测器、月球表面暴露的小陨石坑出现率）都大约得出了相同的数值---都比Morris选择的数据小了接近三个数量级。Morris选择了一个有明显问题的过时数据，并且宣称其为最好的测量数据。
最后总结：在这个问题上，神创论者选择了一些有明显问题、已经作废、且极端高估的测量数据，并将其作为最精确的陨石尘涌入率，从而得出如果地球年龄很长，那么陨石尘应当很厚的结论。实际上依照更精准的新数据（每年20000-40000吨），月球上的预期尘埃厚度也就不到一英尺。
最后总结：在这个问题上，神创论者选择了一些有明显问题、已经作废、且极端高估的测量数据，并将其作为最精确的陨石尘涌入率，从而得出如果地球年龄很长，那么陨石尘应当很厚的结论。实际上依照更精准的新数据（每年20000-40000吨），月球上的预期尘埃厚度也就不到一英尺。
补充1：“松散灰尘”和“陨石材料”
一些人在讨论月球土壤厚度时，会时常将其误当作月球表面上陨石材料的整个总量。月球土壤是指月球表面上非常薄（通常一英寸厚或更少）的松散粉末，并且其并不是月球表面上唯一的陨石材料，这些土壤仅仅是一部分由于微小陨石撞击而保持松散的粉末状材料。另外，一些月球上的岩石也会被各种机制击碎，诸如微小陨石撞击和辐射等，因此实际上有不少粉末状材料（甚至松散的那部分）也不是来源于陨石。
一些人在讨论月球土壤厚度时，会时常将其误当作月球表面上陨石材料的整个总量。月球土壤是指月球表面上非常薄（通常一英寸厚或更少）的松散粉末，并且其并不是月球表面上唯一的陨石材料，这些土壤仅仅是一部分由于微小陨石撞击而保持松散的粉末状材料。另外，一些月球上的岩石也会被各种机制击碎，诸如微小陨石撞击和辐射等，因此实际上有不少粉末状材料（甚至松散的那部分）也不是来源于陨石。
补充2：神创论者自己否认“月球陨石尘”言论。
一个神创论者的技术论文，承认月球上的灰尘厚度与主流科学界推算的太阳系和地球年龄相一致。在摘要中，Snelling和Rush(1993)得出结论：
“由此可见，即使考虑到假设中的早期小行星剧烈撞击事件，月球风化层以及表面尘土层中的陨石尘以及碎片总量，与进化论者的几十亿年时间尺度（尽管没有证明）并不相驳。不幸的是，神创论者做出的各种回应到目前为止都是失败的，这是由于种种伪造的论据或者错误的计算造成。因此，直到有新证据被发现，神创论者不应该再继续使用“月球上的灰尘”作为反对月球或太阳系高龄的证据。”
一个神创论者的技术论文，承认月球上的灰尘厚度与主流科学界推算的太阳系和地球年龄相一致。在摘要中，Snelling和Rush(1993)得出结论：
“由此可见，即使考虑到假设中的早期小行星剧烈撞击事件，月球风化层以及表面尘土层中的陨石尘以及碎片总量，与进化论者的几十亿年时间尺度（尽管没有证明）并不相驳。不幸的是，神创论者做出的各种回应到目前为止都是失败的，这是由于种种伪造的论据或者错误的计算造成。因此，直到有新证据被发现，神创论者不应该再继续使用“月球上的灰尘”作为反对月球或太阳系高龄的证据。”
Snelling和Rush同样也驳斥了神创论者常常贴出的一个谣言，这个谣言是关于阿波罗登月行动中预期在月球上发现厚厚的灰尘。其实在阿波罗行动以前，就已经有数次无人登陆先例，分别是“苏联卢娜”（六个登陆器），“美国游骑兵”（五个登陆器）和“测量员”（七个登陆器）。所以月球表面的物理性质早在人类真正登上时就已经被很好的了解了。
另外Snelling和Rush记载着，即使在以上提及的无人登陆行动以前，关于月球表面的陨石尘厚度，天文界也没有一致的预期。所以，“阿波罗登月行动中预期在月球上发现厚厚的灰尘”这种谣言本身也没有任何理由和依据。
尽管一些神创论者自己反驳了“月球上陨石尘厚度”的言论（而学术界比这早反驳了10-20年），“月球上陨石尘厚度”的言论仍然持续在神创论者的“科普文”中出现。
另外Snelling和Rush记载着，即使在以上提及的无人登陆行动以前，关于月球表面的陨石尘厚度，天文界也没有一致的预期。所以，“阿波罗登月行动中预期在月球上发现厚厚的灰尘”这种谣言本身也没有任何理由和依据。
尽管一些神创论者自己反驳了“月球上陨石尘厚度”的言论（而学术界比这早反驳了10-20年），“月球上陨石尘厚度”的言论仍然持续在神创论者的“科普文”中出现。
字数：8720字
发表时间：2018-08-14 18:59:00 +0800 CST
更新时间：2020-12-22 08:43:12 +0800 CST
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