地质时钟
地质时钟
为追溯地球的历史，需要知道地质体的年龄，推算各种地质事件发生的时代。地质学家们已经研究出各种关于岩石和构造的相对和绝对年代测定的方法，以致可以把地质事件按年代顺序进行编排。一个岩石单位的相对年代是由它与相邻已知岩石单位的相对层位的关系来决定。绝对年龄是用距今多少年以前来表示，并且是通过某种岩石样品所含放射性元素测定的。
地质时间的早期估算
1658年，爱尔兰大主教厄谢尔（J.Ussher）认为地球诞生于公元前4004年，这个时间是以圣经里的纪年做为基础计算出来的，这是十八世纪晚期和十九世纪的地质学家所不能接受的。因为大多数地质学家，甚至包括维尔纳和布丰（Buffon）这样的水成论者也认为，地壳沉积岩的形成至少需要几万年。
（一）沉积速率：早在公元前五世纪，希罗多德（Herodotus）已对尼罗河三角洲进行了研究。他根据沉积物沉积的年速率推断，该三角洲必定有几千年的历史。后来，尤其在十九世纪末和二十世纪初，人们曾根据沉积岩最大厚度与沉积速率来计算地球的年龄。自从地球形成以来，估计已经沉积了厚33，000--100，000米的沉积岩，而沉积速率的估计变化相当大，每百万年从50--3000米。地球年龄估算结果是17至1584百万年。
（二）海洋里的盐：早期人们曾试图根据海洋内的全部盐量与每年增加的盐量的比较来确定地球的年龄。这个方案是假设在地球历史上海洋开始的初期为淡水水体。估计海洋里含盐的全部总量为16×1012吨，而每年增加160百万吨盐（主要来自岩石及土壤风化和河流溶解所携带的盐）。用这种推论方法，地球的年龄大约是100百万年。但是这个计算没有考虑世界许多地方在沉积岩系中出现的大量盐。
（三）冷却速率：十九世纪，英国物理学家开尔文（L.Kelvin）根据地球的冷却速率确定地球的年龄为70百万年。凯尔文假设地球开始是从太阳抛出的一个熔融体，而且地球最初的温度是平均火成岩的熔融点。这个计算的错误在于开尔文假设地球内部不存在热的来源。因那时还不知道放射性衰变能释放大量的热能。
这有个故事： 氡是放射性气体元素，它不断地产生氦气。铀是不产生射气的，它会不会也不断地产生氦气呢？应该做一下试验。
索地把一些含铀的物质放在大烧瓶里，把烧瓶里的空气抽掉，把瓶口封死。过了一年，索地打开烧瓶，取出瓶内的气体作光谱分析。果然，气体的光谱中出现了氦的诺线。虽然氦气的量不多，但是证明了铀也在产生氦气。
原来，从放射性元素放出来的看不见的射线，可以分为α、β和γ三种射线。其中的α射线，实际上就是无数的失掉了电子的氦原子。
为什么铀矿和钍矿中会有氦气呢？这些氦气正是放射性元素铀和钍产生的。
索地又在大烧瓶中装了1000克铀。一年之后，他从烧瓶中得到了0.1立方毫米的氦气。这个气泡只有0.00000002克重。铀产生氦气的速度是非常慢的，一吨铀每年也只能产生0.00002克的氦气。
为什么钇铀矿和其他的放射性矿物中，含有许多氦气呢？
卢瑟福研究了这个问题，产生了这样一个想法：钇铀矿里含的氦气多，说明这矿石的历史长久。每年只产生一点点氦气，经过几百万、几千万、甚至几亿年，积累起来就多了。只要我们分析一下铀矿中现在有多少氦气，还剩下多少铀，又知道铀生成氦气的速度，就可以算出这块矿石是多少年前生成的了。
这方法真是妙极了！氦成了地质学家研究矿石年龄的“时钟”。这是1904年卢瑟福提出来的。在此以前，人们很难知道矿物和岩石的年龄有多大，因为岩石是不会自己说话的。虽然有各种各样的估计，但是都非常不可靠。利用了放射性方法，岩石自己说话了。
你要知道某一个地方的煤是什么时候生成的吗？那只要在生成那种煤的地层中找出一种放射性矿物就行了。英国物理学家斯特莱特选了一块赤铁矿，经过分析，这块赤铁矿中有铀，也有少量氦气，每1克铀就大约有20立方厘米的氦气。已经知道，每1克铀一年能产生0.0000001立方厘米的氦，那么要多少年才能生成20立方厘米的氦呢？这很容易算，要两亿年。
既然这块赤铁矿是两亿年前形成的，当然，那里的煤层也是两亿年前形成的。斯特莱特用这个方法测定了许多种矿石的年龄，但是工作并不是没有困难的。
氦是气体，如果岩石不很致密，有裂缝，生成的氦气就会跑掉。在这种情况下，测定的数值就不会准确了。卢瑟福的学生波特伍德发现，铀在连续放出氦以后，最后变成没有放射性的铅。铅不是气体，不会从岩石的裂缝中跑掉。已经知道，1000克铀在一年间能生成0.00000135克铅。只要测定铀矿中铀和铅的含量各是多少，同样可以算出铀矿的年龄。
这个新方法比测量氦气的方法要可靠多了。许多人用它来测量地球上各种矿物和岩石的年龄。到了1935年，英国科学家霍姆斯测出来地球上最老的岩石大约是35亿年。也就是说，地球的年龄至少有35亿年（现代测定，地球的年龄是46亿年）。
这就是地质时钟的奥秘所在。