球粒隕石與地球年齡

球粒隕石與地球年齡
私立方濟中學地球科學科 李煥基教師/國立臺灣師範大學地球科學系 傅學海教授責任編輯

大家一定經常聽說地球的年齡為46億年。但是事實上地球上的草木土石，年齡都遠遠比這個數字年輕。例如海洋地殼年齡不老於2億年，大陸地殼最老也只有38億年。那麼「地球的年齡是46億年」這個數字是如何來的呢？因此，這篇文章的重點就在於說明：科學家如何及為何利用球粒隕石得知地球的年齡？

(1) 放射性同位素定年法：
物質由原子組成，而原子又由原子核及電子所組成，原子核再由質子及中子所組成。但為何同為正電的質子會心甘情願的呆在原子核中，而不會因為庫倫斥力互相排斥呢？答案是會！只是自然界有其他的力將原子核中的質子及中子束缚住，這種力稱為強核力。對大多數常見的原子核而言，強核力遠大於質子間的庫倫斥力，所以原子核不會分裂或衰變。但是有一些原子核中質子太多、中子太少，或反之亦然的情形，使得強核力不太夠，於是原子核有分裂或衰變的傾向。在衰變的過程中發生質能互換，產生一些輻射的能量，這些有衰變及放射性傾向的物質稱為放射性物質。地球形成早期內部就有一些放射性物質。這些放射性物質會隨時間過去，很穩定地衰變並產生子元素。理論上，只要事前知道母元素衰變為子元素的速度，再量到母元素與子元素的量，就可以簡單的計算出地球的年齡。但問題是：到底要找地球上的哪一塊物質，量到的年齡才是地球的年齡？答案是都不是。地球自形成之後，由於高溫，內部產生了熔融的物質。其中密度比較大的物質向地球內部沉降，形成地核，密度較小的物質在外面形成地函，再經由地球內部餘熱造成的板塊運動，形成大陸板塊和海洋板塊的區別。因此你拿地球的任何一塊物質，都無法代表整個地球的化學成分，當然量到的年齡也不會是地球的年齡！

(2) 球粒隕石：
研究地球本身無法得知地球的年齡，研究地球形成後剩下的殘渣碎屑則有可能。只要這些碎屑在與地球同時形成之後，沒有再與外界有化學物質的交換或者結晶分異等現象，則這些物質的年齡就是地球的年齡。科學家研究眾多的隕石後發現，隕石可以分為鐵質隕石、非球粒石質隕石及球粒隕石。其中，鐵質隕石似乎是小行星帶的天體經過高溫熔融後，密度大的金屬向下沉澱所形成的核心。而非球粒石質隕石則是此種小行星的外殼。這兩種隕石都無法代表太陽系初期原始的狀態。只有球粒石質隕石其中的球粒，經由科學家研究發現這些球粒中含有一些在高溫無法穩定存在的礦物。由於此類礦物的存在，證明了球粒隕石沒有經過高溫的結晶分異或重力分異作用，因此對球粒隕石定年可以得知太陽系形成的年代，也可以得知地球形成的年代。

簡單的說，球粒隕石可以說是太陽系形成時留下來未經演化或改變的殘留物質。藉由放射性同位素定年法對球粒隕石定年，就可以知道太陽系形成的年代，當然也可以知道地球形成的年代。