測試巖石的年齡
—— 地質(zhì)年代學的興起

■ 伊 然

人們已經(jīng)為地球的歷史編出了詳細的地質(zhì)年代表，比如恐龍的最繁盛時代為距今約200百萬年前的侏羅紀，滅絕于65百萬年前的白堊紀末期，三葉蟲的繁盛時期為距今約530百萬年前的寒武紀等。這些動物生存的時代是怎么定出來的呢？地球的46億年歷史又是怎么定出來的呢？

地質(zhì)學家和化學家們發(fā)現(xiàn)，當巖石或礦物在一次地質(zhì)事件中形成時，放射性同位素以一定的形式進入巖石、礦物，之后便不斷衰減，隨之蛻變成的子體逐漸增加。所以，通過準確地測定巖石、礦物中放射性衰變定律計算出該巖石、礦物的地質(zhì)年齡。這種年齡測定，稱作同位素計時或放射性計時。計時的基本原理就是天然放射性同位素的衰變規(guī)律。測定的地質(zhì)事件或宇宙事件的年齡就是“同位素地質(zhì)年齡”。

目前，在地學界應用的同位素測定方法比較多，不同的方法有不同的應用范圍。比如，由于碳同位素的半衰期相對較短，14C法可測定的年齡一般不超過5萬年，最大限度是7萬年。因此，凡是幾萬年以來曾經(jīng)在地球生物圈、大氣圈和水圈中生存過的含碳生物均可作為樣品進行測定，包括動植物的殘骸（如木頭、木炭、果實、種子、獸皮、象牙等）、含同生有機質(zhì)的沉積物（如泥炭、淤泥等）和土壤、生物碳酸鹽（見過、珊瑚等）和原生無機碳酸鹽（石灰華、蘇打、天然堿等）、含碳的古代文化遺物（紙、織物、陶瓷、鐵器）等。14C法主要適用于考古學研究。

進行“同位素地質(zhì)年齡”測定的巖石，必須盡可能地“新鮮”。在有蝕變的巖石內(nèi)，氬易丟失，所以測出的年代不準確。鉀—氬法的最佳測定范圍在10萬年至10億年之間，銣—鍶法的最佳測定范圍為1000萬年至1億年之間，所以這兩種方法適用于中—新生代地層的測定；鈾—鉛法的適應范圍在1000萬年至10億年以上，鈾—釹法也在2億年以上。所以，這兩種方法較適用于古生代或更古老地層時代的研究。

有了精確的同位素地質(zhì)年齡，地質(zhì)學家們就可以編制用來進行地層劃分與對比的“地質(zhì)年代表”了。

早在1911年，年僅21歲的英國地質(zhì)學家A·霍爾梅斯就提出了用礦物中鈾—鉛同位素的比值來測定地層年齡的設想。1937年，經(jīng)過20多年的工作，他發(fā)表了世界上第一份具有數(shù)字年齡的地質(zhì)年代表。

第二次世界大戰(zhàn)結束后，歐美各國以及蘇聯(lián)的地質(zhì)學者加強了同位素地質(zhì)年齡的研究力度。進入20世紀80年代以后，地質(zhì)年代表發(fā)展得很快，目前在國際地學界有影響的地質(zhì)年代表主要有PTS年表、GTS年表、NDS年表、COSUNA年表和CGR年表等。

值得一提的是，迄今為止，絕大多數(shù)“同位素地質(zhì)年齡”是從火成巖或火山凝灰?guī)r中測定的，而地球上相當多的巖石是沉積巖。所以，這就造成了同位素地質(zhì)年代學研究的局限性。對于地質(zhì)學家，尤其是石油地質(zhì)學家來說，對含有豐富石油與天然氣的沉積巖的“同位素年齡”測定，就是一個極有挑戰(zhàn)意義的課題。