核时钟

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目 录
一、引言.............................................. （2）
二、同位素地质年龄测定的理论.......................... （6）
' a- I' a; x  p2 @- [2 M$ Y三、碳-14 法年龄测定.................................. （11）
1.基本原理....................................... （11）
6 B" \+ b# a% s9 {$ r$ m2.碳-14 的计数.................................... （14）
3．应用碳-14 法的成果............................. （19）
四、利用长寿命同位素的年龄测定法..................... （20）
, L) b+ E1 F9 S+ P( X1.铷-锶法........................................ （22）
# J5 q' h7 e5 Z, r9 {2.铀裂变径迹法................................... （26）
3.铀-铅法........................................ （29）
8 x, k4 g  W" u4 b8 u+ S五、地球的年龄....................................... （29）
2 {: A# l+ d) p3 [5 |. D1.怎样测定地球年龄............................... （31）
2.分析技术....................................... （33）
# |7 c5 ?- O- _" @! w/ t（1）同位素稀释法.............................. （34）
（2）质谱测定法................................ （35）
3.可以测定年龄的矿物............................. （37）
（1）钾长石.................................... （37）
. o+ g) m2 a$ O$ q  W$ h（2）云母...................................... （38）
（3）低锶长石.................................. （39）
（4）锆石...................................... （40）
（5）角闪石.................................... （42）
$ u& x- @. a: ^4 e（6）透长石.................................... （42）
5 @* ?# V1 q# n7 |9 z（7）全岩样品.................................. （42）
. y9 Q2 c9 ^  g7 E" ]六、一些有趣的结果................................... （43）
1.奥杜瓦伊古人................................... （43）
2.地质年代表..................................... （44）
8 R! Y* m! I0 N$ z, v: R3.前寒武纪地层学................................. （50）
七、展望............................................. （51）
词汇................................................. （52）
: k  L+ S) n, s附录放射性衰变....................................... （57）

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一、引 言
石头是什么时候形成的？
8 P3 l" v5 Q, @0 m2 m人类存在多久了？
地球的年龄是多少？
要想弄清楚人们为什么要知道这些问题的答案是很困难的，然而从人
! ~. W1 c6 N5 j类社会的启蒙时期起，人们就一而再、再而三地提出这些问题。在每一种
文化的记载中都能发现有人试图探讨那种超乎年纪最大的老人的记忆、超
乎历史记载、甚至超出最古老的传说的过去。
' Q. z& y0 U5 X人类早就对遥远的过去产生了好奇心，但是直到最近才有了测量很长
的时间间隔唯一可靠的方法。在1896 年亨利·贝克勒尔发现放射性1之后，
1898 年居里夫妇确定了某些原子是放射性的，它们自发地以恒定的速率变
成其他原子。在这之后，测量很长的时间间隔才有了可能。假设某种东西
2 b% I/ d2 X% _' b; T能自发地逐渐变成另一种东西，而且这一转变以已知速率进行，同时假定
这一变化的所有产物都保持在某种封闭体系中，则从理论上说，计算从这
& }# I2 [$ |& W0 y" {; c6 J2 i一过程开始所经历的时间是可能的。人们早就知道这一理论了，唯一的问
/ }) w7 d( }6 s; k9 W题是如何满足所有这些条件。
1 S' M* g7 J" _在1910 年以前，科学家就肯定了地球的年龄是非常老的。对一些含铀
矿物的分析表明，地球的年龄有几亿年，即使这种铀是取自地层中已知的
5 `! T+ d& N6 c4 @! k' M4 U& w相对年轻的岩石也是如此。但是那时的测量方法还不够准确，并且那时可
: \% J( f: \( `0 W" \$ e9 y供这种粗略测定年龄方法用的矿物也很少。只有那些稀有的，一般具有强
放射性的矿物，才有足够的放射性衰变①产物供分析之用。
直到第二次世界大战前夕，哈佛大学物理学家A．O．C．尼尔发明质
1 f; M8 V1 P9 z# X谱仪之前的大约三十年中，没有取得多大进展。随后，在战争年代里，技
8 k4 h* l9 X; k0 }2 l- N# _" o" F术得到了迅速发展。美国制造原子弹的曼哈顿计划②研究了一些新的科学技
& Z$ I- _5 k2 ~- n7 Q0 E术。当战争结束后，这些科学技术才可能被用于测定地质年龄。
& C. l" H% H: K8 Q+ \1946 年A．霍姆斯（Arthur Holmes）和F．G．霍特曼斯（Houtermans）
  E' z  P- y6 o' m3 }: S分别在美国和德国做出了第二个重要成就。他们在战前都看过尼尔的报
) z, q" {6 h9 ?0 c, Z! B* Z) P# m告，并且都认识到尼尔用质谱仪分析铅，使合理地计算地球年龄第一次成
( l# c  @  k  w) P" z( b8 C; R4 n$ B: t为可能。这两位科学家运用他们当时能得到的少量数据，分别独立地计算
出地球的年龄约为20—30 亿年（见A．霍姆斯地质年代表）。非常有意义
的是，在经过数以千计的分析之后的今天，我们这个行星的年龄被确定为
8 P% u. l/ Y4 _/ L45 亿年，与他们早期的计算相差不远。
以后，测定矿物年龄的各种方法得到了迅速发展，到1955 年，测定非
6 _, [3 |$ x+ d. ^9 k2 U( m4 R常古老的物质年龄所必需的许多基础理论研究也完成了。表1 列出了测定
/ A* Y! p3 d' t物质年龄的基本技术，在本书后面将对它们加以阐述。这些新方法对早期
粗略的计算提供了大量证据，也带来了一些惊人的成果。
在介绍这些发现之前，让我们先研究一下理论基础。