测试岩石的年龄—— 地质年代学的兴起

■ 伊 然

人们已经为地球的历史编出了详细的地质年代表，比如恐龙的最繁盛时代为距今约200百万年前的侏罗纪，灭绝于65百万年前的白垩纪末期，三叶虫的繁盛时期为距今约530百万年前的寒武纪等。这些动物生存的时代是怎么定出来的呢？地球的46亿年历史又是怎么定出来的呢？

地质学家和化学家们发现，当岩石或矿物在一次地质事件中形成时，放射性同位素以一定的形式进入岩石、矿物，之后便不断衰减，随之蜕变成的子体逐渐增加。所以，通过准确地测定岩石、矿物中放射性衰变定律计算出该岩石、矿物的地质年龄。这种年龄测定，称作同位素计时或放射性计时。计时的基本原理就是天然放射性同位素的衰变规律。测定的地质事件或宇宙事件的年龄就是“同位素地质年龄”。

目前，在地学界应用的同位素测定方法比较多，不同的方法有不同的应用范围。比如，由于碳同位素的半衰期相对较短，14C法可测定的年龄一般不超过5万年，最大限度是7万年。因此，凡是几万年以来曾经在地球生物圈、大气圈和水圈中生存过的含碳生物均可作为样品进行测定，包括动植物的残骸（如木头、木炭、果实、种子、兽皮、象牙等）、含同生有机质的沉积物（如泥炭、淤泥等）和土壤、生物碳酸盐（见过、珊瑚等）和原生无机碳酸盐（石灰华、苏打、天然碱等）、含碳的古代文化遗物（纸、织物、陶瓷、铁器）等。14C法主要适用于考古学研究。

进行“同位素地质年龄”测定的岩石，必须尽可能地“新鲜”。在有蚀变的岩石内，氩易丢失，所以测出的年代不准确。钾—氩法的最佳测定范围在10万年至10亿年之间，铷—锶法的最佳测定范围为1000万年至1亿年之间，所以这两种方法适用于中—新生代地层的测定；铀—铅法的适应范围在1000万年至10亿年以上，铀—钕法也在2亿年以上。所以，这两种方法较适用于古生代或更古老地层时代的研究。

有了精确的同位素地质年龄，地质学家们就可以编制用来进行地层划分与对比的“地质年代表”了。

早在1911年，年仅21岁的英国地质学家A·霍尔梅斯就提出了用矿物中铀—铅同位素的比值来测定地层年龄的设想。1937年，经过20多年的工作，他发表了世界上第一份具有数字年龄的地质年代表。

第二次世界大战结束后，欧美各国以及苏联的地质学者加强了同位素地质年龄的研究力度。进入20世纪80年代以后，地质年代表发展得很快，目前在国际地学界有影响的地质年代表主要有PTS年表、GTS年表、NDS年表、COSUNA年表和CGR年表等。

值得一提的是，迄今为止，绝大多数“同位素地质年龄”是从火成岩或火山凝灰岩中测定的，而地球上相当多的岩石是沉积岩。所以，这就造成了同位素地质年代学研究的局限性。对于地质学家，尤其是石油地质学家来说，对含有丰富石油与天然气的沉积岩的“同位素年龄”测定，就是一个极有挑战意义的课题。