【科學史沙龍】地老天荒：地球古史的新史觀

■達爾文的演化論，有一個必須要滿足的前提：物種演化需要天長地久，才有可能進行。這就自然引導出一個問題：地球的歷史有多久？這麼一個看似單純的問題，自古以來卻是眾說紛紜。在古今科學家眼中，地球究竟是幾歲呢？

講者｜中央研究院地球科學研究所 趙丰研究員
撰文｜高英哲

除了中國的盤古開天，跟基督教的創世紀以外，古文明多半認為時間循環流轉，無始無終，基本上不關心這個問題。沈括曾經在《夢溪筆談》裡提到，他在太行山看到蚌殼之類的化石，顯示這一帶以前曾是海濱，甚至推敲出「所謂大陸者，皆濁泥所湮耳」，差一步就能想到造山運動了。但是中國科學傳承的傳統向來薄弱，在他之後幾乎沒有人對這個題目有興趣，相關的探究也就不了了之。

愛爾蘭有位主教在 1650 年，根據聖經的記載，認為地球誕生於公元前 4004 年。然而跟他同一個年代的丹麥地質學家尼古拉斯·斯坦諾 (Niels Steensen) ，就曾經對此提出疑問：倘若地球的歷史就只有這麼五六千年，那麼世界各處普遍可見的化石，又是怎麼一回事？現代地質學之父詹姆士．赫頓 (James Hutton) ，也以地質學的火成說跟均變論，質疑在短短五六千年裡，有可能產生如此豐富的地質變化嗎？在啟蒙運動之後，科學家顯然已不再單方面地接受教會的世界觀，而比較著重擺在眼前的反證。

到了十九世紀初期，英國地質學家威廉·史密斯 (William Smith) 跟法國博物學家喬治·居維葉 (Georges Cuvier) ，利用沈積岩層裡頭的古生物化石，建立了地層有相對時序，也就是愈底下的岩層年代愈古老的概念。當時正值工業革命，到處開挖的礦山、鐵道跟運河，暴露出可供研究的大量地層，人們也就愈發相信「地球有年齡」這回事。

到了十九世紀末，大師出手了。熱力學之父開爾文勳爵 (Lord Kelvin) 以熱力學原理為依歸，推估太陽的年齡約在一億年到五億年之間，地球則有 9,800 萬年的歷史；過幾年之後，他又將地球年齡下修到 2,000 萬到 4,000 萬年間。天文學家跟地球化學家也來湊熱鬧，分別用地球自轉週期變化跟海水鹽度變化等等方法，推算出幾千萬年到一億多年的估值。雖然這些估算值跟我們今日所知的有相當落差，但是相較於先前的推估，已經多了好幾個數量級，也比較能夠解釋化石的存在跟演化論的基礎。

地球究竟幾歲的問題，到了二十世紀總算得到了正確解答。居里夫婦發現放射性同位素時，同時也發現有大量來路不明的熱量釋出，也就是我們如今所知的質能互換；這個現象由拉塞福提出的半衰期加以解釋，而元素的半衰期只要夠長，就可以拿來為岩石定年。藉由半衰期定年法，地球上目前所能找到最古老的岩石，大約有 40 億年的歷史；而從地球上的隕石定年，可以得到 45.5 億年，誤差在 0.7 億年間的結果。這大概可以說是地球的身分證上，正式登記的年齡了！