地球有多老？这是一个很难回答的问题。

地球有多老？这似乎是个很容易回答的问题。一般的粗略估计是地球大约有 45 亿年的历史。但行星科学家观察得越仔细，这个故事就越模糊。地球形成过程的细微差别可能会使地球的年龄改变 5 亿年左右。

休斯顿大学地球与大气科学系主任、地质学教授托马斯·拉彭 (Thomas Lapen) 表示：“谈论年龄很容易，但随着年龄的扩大，年龄变得越来越复杂。”科学家们一直在努力确定地球年龄的更精确测量值，他们不得不努力解决地球形成的具体细节。

“当你出生时，这只是时间中的一个瞬间，”拉彭解释道。但行星的形成是一个需要很长的时间——数百万年的过程。要确定地球的年龄，天体物理学家、行星科学家和地质学家必须确定该过程中的哪个点可以被视为地球的诞生。

地球何时“诞生”？

大约 46 亿年前，气体和尘埃围绕着新形成的太阳旋转。在太阳系形成的最初几百万年里，粒子相互碰撞并融合成小行星和行星的种子。这些太空岩石不断相互撞击，有些变得越来越大，形成了我们今天看到的太阳系。

但行星并非只是巨大的岩石堆。随着物质的积累，这些天体也会分化为地核、地幔和地壳（至少对于地球和其他类地行星而言）。增生和分化需要时间，可能要数千万年。有些人可能认为地球形成的那个阶段就是我们星球的诞生。但拉彭说，他认为那是地球的受孕，而诞生是在后来，当时一场灾难性事件也形成了月球。

根据广为接受的大碰撞理论，在太阳系早期的混乱时期，原地球与另一个大小与火星相当的小天体相撞。当两者猛烈撞击时，碎片聚结成围绕地球运行的月球。

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拉彭说，这次撞击还被认为从根本上“重置”了构成这颗行星的物质。当时，厚厚的岩浆海洋可能覆盖了原始地球。在强烈的碰撞中，两个天体的物质混合在一起，并凝聚成我们今天所知的行星和月球系统。拉彭解释说，这种“重置”的证据来自含有相同形式氧气的陆地和月球岩石。

“原地球很可能已经毁灭或成分发生变化，”拉彭说。“在我看来，直到月球形成事件发生之前，地球都不是我们现在所知道的地球。”

如果这一事件标志着我们星球的诞生，那么地球的年龄应该在 44 亿至 45.2 亿年之间。但要确定我们星球更具体的年龄，需要仔细研究古代证据。

为地球的年龄指定一个数字

就像侦探寻找旧案的线索一样，行星科学家在拼凑地球早期历史时必须查看今天留下的证据。但由于那段时期充满了动荡——翻腾的岩浆海和剧烈的地质更替——证据可能很难找到。

拉彭解释说，确定地球年龄的方法之一是寻找地球上最古老的岩石，这些岩石是在岩浆海硬化成固体表面后立即形成的。为了确定这一日期，科学家们研究了在西澳大利亚杰克山发现的锆石——这是地球上已知最古老的矿物。

为了确定这些晶体的年龄，一组科学家使用了一种称为放射性测年法的技术，该技术测量了晶体中所含的铀。由于这种放射性元素以已知的速率衰变为铅，科学家可以根据样品中铀与铅的比例计算出矿物的年龄。这种方法揭示了锆石大约有 44 亿年的历史。

这些岩石表明，地月系统一定是在 44 亿年前的某个时间形成的，因为岩石记录“会因月球形成​​事件而被抹去”，拉彭说。所以这颗行星的年龄不会少于 44 亿年。但它能老多少呢？为了回答这个问题，拉彭说，科学家们转向了其他地方——包括月球。

月球上的岩石比这里的岩石保存得更好，因为月球没有经历板块构造之类的过程，这些过程会融化并重新排列地球的大陆。这些线索主要有两个来源：坠落到地球上的月球陨石和美国宇航局阿波罗计划期间直接从月球收集的样本。

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和原始地球一样，年轻的月球也曾被岩浆海洋覆盖。从月球表面采集的最古老岩石可以表明月球地壳的形成时间。科学家对阿波罗 14 号任务期间收集的锆石碎片进行了放射性测年，校正了宇宙射线暴露的计算，并确定月球地壳在大约 45.1 亿年前硬化。

拉彭说，从碰撞到天体合并、冷却和分化之间可能存在一段时间，因此这个日期也存在一个大约 5000 万年的不确定性。

“确定确切事件的年代非常困难，”他说。拉彭估计地月系统可能形成于 45.1 亿至 45.2 亿年前，但一些科学家表示计算结果可能相差多达 5000 万年。

限制该时间窗口的另一种方法是观察原始地球形成时存在的岩石。当行星从年轻太阳周围的碎片中凝固时，并非所有物质都凝聚成我们今天看到的世界及其卫星。有些仍保留在小行星或彗星中。

有时，这些太阳系时间胶囊会以陨石的形式出现在我们身边，陨石会坠落到地球表面。拉彭说，已知最古老的陨石是 Erg Chech 002 陨石。它被认为是早期太阳系一颗原始原行星的火成岩壳碎片。因此，对 Erg Chech 002 陨石进行年代测定可以让我们了解原始地球可能处于类似形成阶段的时期。

“如果将‘地球的诞生’定义​​为第一个原地球核或原行星的形成时间，最终通过吸积形成现在的地球，”拉彭说，“那么也许那和 [Erg Chech 002] 的年龄一样久远。”科学家计算出这块火成岩壳结晶的时间约为 45.65 亿年前。

地球的年龄能够精确计算吗？

对于人类来说，地月系统形成时间的 5000 万年误差听起来巨大而又不精确。但从行星尺度和地质时间来看，“这是一个不错的估计”，拉彭说，尤其是对于数十亿年前发生的事情。

“我们回溯得越久远，由于记录的空白，事情往往就越不精确。这是一个相对较短的时期，其中发生了很多事情——有撞击，一切都必须聚结、冷却，并分化成具有核心、地幔和地壳的坚固岩石体，”他说。

然而，科学家们的工作还没有结束。拉彭说，总有机会获得更精确、更准确的地球年龄测量结果，特别是当研究人员从月球、陨石和小行星获取更多样本时。

例如，中国嫦娥五号月球探测任务获得的岩石仍在研究中。美国宇航局的阿尔特弥斯计划也计划收集月球岩石。拉彭补充说，美国宇航局的管理团队还在从阿波罗计划中提供更多材料供研究，这为研究人员提供了利用新技术研究旧月球岩石的机会。

他说，如果这些新的尝试揭示出月球表面部分区域的结晶时间比之前研究的要早，那么这将进一步限制地球和月球诞生的时间估计。

这个故事已更新。它最初于 2023 年 1 月 22 日发布。