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什么是碳十四年代测定法?

文物知识    加入时间: 2014-2-18  点击:3982次

    您可能读到过或者听到过一些新闻故事,讲的是令人着迷的古代文物。在一次考古挖掘中出土了一件木制工具,考古学家发现它已有5000年的历史。在安第斯发现了一具孩童的木乃伊,考古学家声称其生活年代在2000多年前。科学家如何知道一件物品或一具尸体的历史年代?他们使用的是什么方法,这些方法的原理是什么?

    科学家使用放射现象测定物质的年代,其中最知名的就是碳十四(14C)年代测定法。碳十四(14C)年代测定法可以确定生物起源在约5万年内的考古文物的年代,用于对骨骼、衣物、木材、植物纤维等古代人类行为相关产物进行年代测定。

        在活着的有机物体内,有一部分碳元素为稳定同位素碳—1212C),还有一小部分是放射性同位素碳—1414C,其中14C最不稳定,会最终蜕变成12C。而有机体活着时通过进食或光合作用进入体内的新的14C原子增加的速度和体内原有的14C原子蜕变的速度是一样的。当某种植物或动物死亡后,没有外界14C原子的补充,其体内的14C就开始衰变,含量开始下降,但稳定同位素12C的含量不会变。在已知14C衰变速度的前提下,可以通过测量样品中的14C衰变的程度来计算出样品的年代。14C的半衰期(即任何样品消失一半所需的时间)5730年,因此,可以用来测定距今6万年左右的化石, 偏差大约为20%。而对于年代更为久远的化石则无能为力。

    此方法同样对采样的纯净度要求较高。但自然界的环境对有机体体内的14C含量有一定的影响。如火山活跃期间大气中CO2含量是上升的,陆生动植物体内的14C原子也会升高。海洋温度上升时,海水中溶解的CO2含量会降低,海洋动植物体内的14C原子也会降低。因此,这种方法在测定精确度上也有一定缺陷。

    不过,14C年代测定法的原则也适用于其他同位素。K40是在人体内发现的另外一种天然放射性元素,它的半衰期是13亿年。其他常用于放射性年代测定法的放射性同位元素包括:铀-235(半衰期=7.04亿年)、铀-238(半衰期= 45亿年)、钍-232(半衰期=140亿年)以及铷-87(半衰期=490亿年)。

    使用多种放射性同位素可以让生物和地质样本的年代测定有更高的精确度。不过,放射性同位素年代测定法在未来可能会变得不适用。于20世纪40年代后死亡的生物会因为核弹、核反应堆和露天核试验的影响而难以精确测定。