放射性碳年代测定法及其局限性

撰文:ERIN BLAKEMORE
 
放射性碳年代测定法及其局限性
1946年,芝加哥大学化学家Willard Libby教授首次提出放射性碳年代测定法。三年后,Libby准确地测定了一系列已知年代的物体的年代,证明他的假设是正确的。
摄影:BETTMANN,GETTY
 
  没有什么东西可以持续永远。不过就地球大气中发现的放射性同位素碳14来说,这对考古学家来说是个好消息。
 
  随着时间的推移,碳14会以可预测的方式衰变。在放射性碳年代测定法的帮助下,研究人员可以利用碳14衰变作为一种计时器,进而窥视过去,确定从木材到食物、花粉、粪便,甚至是死亡动物和人类的绝对年代。
 
测量碳含量
 
  当植物活着的时候,会通过光合作用吸收碳。人类和其他动物通过植物源性食物或吃其他以植物为食的动物来摄取碳。碳由三种同位素组成。最丰富的碳12在大气中会保持稳定。另一方面,碳14具有放射性,随着时间的推移会衰变为氮14。每5730年,碳14的放射性就会衰减一半。
 
  半衰期对放射性碳年代测定至关重要。由于碳12不会衰变,因此是衡量碳14衰变的良好尺度。碳14同位素的放射性越小,其年代就越古老。由于动物和植物在开始腐烂时停止吸收碳14,因此留下的碳14的放射性就能揭示其年代。
 
  然而,存在一个问题:大气中的碳含量会随着时间的变化而出现波动。不过,已知年龄的树木年轮中碳14的含量可帮助科学家校正这些波动。为了确定一个物体的年代,研究人员使用质谱仪或其他仪器来确定碳14和碳12的比例。之后,研究者再对结果进行校准,并给出误差范围。
 
  20世纪40年代,化学家Willard Libby首次发现碳14就像自然界的“时钟”一样。他也凭借发现这种测定年代的方法获得1960年的诺贝尔化学奖。自从Libby发现放射性碳年代测定法以来,这种方法已经成为考古学家、古生物学家和其他寻找有机物可靠年代的众多研究者的宝贵工具。
 
放射性碳年代测定法的局限
 
  放射性碳年代测定法存在一些局限性:测试样本可能会被其他含碳物质污染,比如一些骨头周围的土壤或含有动物胶的标签。无机物不能用放射性碳分析来确定年代,而且这种方法的造价非常昂贵。年代也是一个问题:由于碳14的含量极低,超过4万年的样本非常难以确定年代。对于超过6万年的样本,研究者根本无法确定年代。
 
  校准是另一个挑战。随着工业时代的到来,人类开始排放更多的二氧化碳,稀释了大气中放射性碳的含量。核试验也会影响放射性碳水平,从上世纪50年代至今,碳14含量大幅上升。科学家能够通过现代统计方法和不断更新的数据库来考虑人类对地球大气的影响。
 
  放射性碳年代测定法并非万能良方:测量背景最重要,而且很难确定考古遗址上的两个物体之间是否存在时间关系。不过,由于碳14的衰变是可以预测的,这也是考古学家所能使用的最精确的年代测定工具。
 
(译者:流浪狗)
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