碳-14及其他放射性测年法

作者：吉斯·斯韦森(Keith Swenson)       

无论在大众眼中，还是在科学家的眼中，放射性同位素定年法都闪耀着准确又可靠的光环。在多数人的观念中，它已是地球古老历史的最佳“明证”。但是这个方法真的像人们想象地那么有效，那么可靠吗?

圣海伦火山的熔岩穹丘为我们提供了一个检测放射性同位素定年法的罕见机会。

新的熔岩穹丘

1980爆发的圣海伦火山

1993年八月，我与地质学家史蒂芬·奥斯丁博士（Steven Austin）和 其他几名创造研究所的同事爬上了圣海伦山的火山口，参观了熔岩穹丘。这趟行程再辛苦都值得！熔岩穹丘（下图）看上去像一座小山，直径约1.1公里（3/4 英里），高350米（1100英尺）。直接坐落在火山喷火口的正上方，位于1980五月18日火山爆发时形成的马蹄形火山口的南端。¹ 从火山口俯瞰，熔岩穹丘像是一片烟气未散的废墟。它的主要成分是英安岩，这是一种由细小颗粒组成的火山岩，中间夹杂着大块看得见的晶体，形似夹有水果块的蛋糕。

其实，目前在圣海伦火山看到的熔岩穹丘是自1980年火山爆发以来形成的第三个熔岩穹，前两个都被之后的喷发毁掉了。

现在看到的熔岩穹是在1980年10月17日最后一次火山爆发后逐渐形成的。在1980年10月18日到1986年10月26日期间，熔岩穹丘在17次爆发中逐渐形成，粘稠的熔岩从火山道中像挤牙膏一样不断上涌。¹

英安熔岩稠度高，无法流淌很远，因此就在火山口附近堆积，形成了一个像山丘一样的熔岩穹，后来成为火山口的塞子。

放射性年代测定法的实际原理

为什么火山口的岩石可以检验放射性同位素定年法的准确度呢？有两个原因。首先，放射性同位素定年法适用于火成岩——即熔岩质料形成的岩石。英安岩满足了这 个要求。含有化石的沉积岩不能直接用放射性同位素定年法测定。再者，最为重要的是，我们知道这些熔岩穹的确切形成时间。在面对：“你当时在场吗？”的问题 时，我们能回答：“在场！”，这种机会百年不遇。

圣海伦火山口

奥斯丁博士用于圣海伦火山的测年法是钾-氩测年法，这种方法普遍适用于地质领域。它的原理是钾-40（钾元素的同位素）会自发地‘衰变’成氩-40（氩元素的同位素）。² 这是一个缓慢的过程，已知钾-40的半衰期是13亿年。¹ 换句话说，1.0克的钾-40在13亿年后，理论上会衰变成0.5克。

与人们一般的认识不同，该测定过程并不意味着，只要简单地测量一块不知年龄的火山岩中的钾40和氩40的含量，就可以计算出岩石的年龄。在此之前，我们首 先需要知道岩石的历史。比如说，我们需要知道在岩石形成时，里面已经存在多少子元素。多数情况下，这是无从知晓的，我们无法测量，只能进行假设和猜测。人 们通常会假设起初没有任何氩元素。我们也需要知道自岩石形成后，有没有钾40或氩40渗入或逸出。这又是我们不知道的，又一次需要假设。人们习惯地假设这 类泄漏情况不曾发生。只有在设定了种种假设之后，才能计算岩石的“年龄”。做了这些假设之后，所测得的年龄一般都非常古老，往往有亿万年。圣海伦火山则提 供了一个检验这些假设的机会，因为我们都知道这些岩石的形成不过是在十多年前，1980–1986年间。

年代测试

1992年六月，奥斯丁博士从火山口采集了一块重7公斤（15磅）的英安岩。这块样品的一部分被磨成了精细的粉末。另一块被严格分离成不同矿物晶体。³ 整块岩石的粉末和四种矿物结晶都被送到一个专业的、高质量放射性同位素年代测定实验室——波士顿地质年代（Geochron）实验室做钾氩分析。向实验室 提供的唯一信息就是这些样品源自一块英安岩，预计“含氩量低”。实验室并不知道这些样品采自仅形成于10年前的圣海伦火山的火山穹邱。

分析结果如表1所 示。我们看到了什么？首先看到，这些都是错误的。正确的结果应该是氩元素的含量为零，说明这个样品的形成时间太短，不能使用这种方法进行年代测定。相反， 测定结果有从34万到280万年不等！这是为什么呢？显然是由于错误的假设，这也表明该“测年法”无效。或许岩石在形成之初就混入了氩40，因此得出了古 老的年龄。请注意，取自同一块岩石的不同样品给出了不同的年龄。

由此可见，放射性定年法不是年代测定的“黄金标尺”，也不能作为地球古老历史的证据。将这一方法用于已知年龄的岩石上，测定结果明显是错误的。圣海伦火山 的火山口绝对没有数百万年的历史！在进行测定的时候，这个火山口的存在时间仅有十年。这一次我们是在场的，因此知道它的地质年龄！既然这样，对于不明年龄 的岩石，又如何能信赖放射性元素定年法的结果呢？该实验向笃信并宣扬放射性定年法的人士发出了挑战，尤其是在测定结果与圣经的明确记载相悖的情况。

表一 圣海伦火山（根据奥斯丁1）火山口，完整岩石以及矿物提取物的钾氩定年结果¹).

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参考与注释

1. Austin, S.A., Excess argon within mineral concentrates from the new dacite lava dome at Mount St Helens volcano, Journal of Creation 10(3):335–343, 1996. 
2. 钾-40除了衰变为氩-40，也会衰变为钙-40。 这倒无妨，因为氩和钙的产量比是已知的。 
3. 注释. 1, p. 338.