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碳十四测年法须知

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发表于 2010-1-16 01:10:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
碳十四测年法简介
碳十四测年法实际上是一个舶来品。碳十四测年法之父是个美国人,名叫W. F. 利比(W. F.Libby)。他是个著名的物理化学家、放射化学专家、热原子化学、示踪技术、同位素示踪技术专家。利比在1947年的时候创立了用放射性碳十四(14C)测定年代的方法,这个方法在考古学上中得到了广泛的应用。1952年利比的著作《放射性测年法》由芝加哥大学出版社出版,1955年再版。这个方法的创立给利比带来了极大的荣誉;利比因1947年创立的放射性碳十四测年法而获得了1960年的诺贝尔化学奖。1960年以后,利比长期担任了《美国科学院公报》和《科学》的编委。W. F. 利比已于1980年去世。

碳十四测年法又称放射性碳素断代法 (Radiocarbon dating),还可以写成C-14测年法等。我们都知道,碳是自然界中广泛存在的元素,占地壳重要组成的0.018%;天然碳有三种同位素,即碳十二(12C)、碳十三(13C)、碳十四(14C),人工还可以合成碳的同位素。这其中,只有碳十四(14C)才具有放射性。碳十四(14C)在自然界含量极少,而且半衰期很长;它也是碳的最稳定、最重要的同位素。碳十四(14C)的半衰期为5730年,不走运的是,随着岁月的推移,大气中碳十四的含量还可能会有轻微的改变(诸如太阳黑子爆炸、火山喷发等);所以碳十四半衰期还要按照具体的年代进行修订(树轮曲线),这个5730年最后算来大概还有正负四十年的误差存在。

由于新陈代谢,地球上生物体吸收或放出CO2的过程不断进行,生物体内的碳十四(14C)含量也保持不变。但当生物失去新陈代谢作用(死亡),14C循环进入生物体内的过程就停止了。这时,留在体内的14C就只能按照其固有的半衰期5730年的衰变速率逐渐减少。因此,埋藏地下深层的样品,只要测定其14C与12C的含量比例,按14C的放射性衰变公式进行计算,校订之后便可推出待测物品的存在年代。

这个方法适应于考古学和第四纪地质研究,常用样品为木炭、泥炭、木材、贝壳、骨骼、纸张、皮革、衣服以及某些沉积碳酸盐等。但是,用碳十四测年法也只能准确测出5、6万年以内的出土文物;对于年代更久远的出土文物,如生活在五十万年以前的周口店北京猿人,实际上利用碳十四测年法是无法测定出来的。

树轮曲线
树木生长时,它的树杆每一年都长一轮(树轮或年轮)。每棵树的截面上,都可以看到一圈又一圈的年轮。数出多少个年轮,就可知树龄有多少年。实际上,从这棵大树的不同年轮取样作碳十四测年,所得的碳十四年代与树轮的实际年代还是有差别的;它们的实际差距在2000年内基本是一致的,但是到五、六千年前就有不小的差距了。因此,各国的科学家们在准确测定树木年轮的年代之后,将碳十四年代与精细的树轮年代学方法进行比较,从中找到了误差的规律,再用树轮对碳十四年代作了精确校正,这就是树轮曲线和树轮校正的方法。现在已经可以用近万年的树轮,去校正碳十四测定的年代。

1965年问世的树轮校正曲线几经改进,综合1000多个由不同实验室测定的数据,建立了统一的曲线和表。1998年建立的年代校正曲线,是目前被国际通用的数据。

加速器质谱碳十四断代方法(AMS方法)
加速器质谱测年技术(AMS——Accelerator Mass Spectrometry)与碳十四断代原理基本相同,都是基于样品中碳十四同位素原子数随时间按指数函数衰变的规律;只是二者的所测物理量和测试技术有别,前者以对碳十四原子计数代替对β粒子的计数。

AMS方法是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物,具有一些优点。首先AMS所需样品量少,一般1-5毫克就足够了,甚至20-50μg。其次,精确度高,灵敏度可达10ֿ15至10ֿ16,误差小。第三,测定年代可以扩展到7.5-10万年。第四,测量所用时间较短(几十分钟)。

AMS方法还可以解决其他问题,诸如陶器起源的追溯、人类祖先何时到达美洲、农业起源的时间等问题。

碳十四测年法在国内的应用
利比1947年创立了碳十四测年法后,在1950年后这一方法被广泛应用于考古学的年代测定,解决了不少遗址的年代测定问题(这些数据到现在还可在许多西方的史学著作中看到),甚至被当时的西方史学界称为“断代史上的一次革命”。但是,到了六十年代,碳十四测年法的不准确性也被大伙所了解了,这才有了1965年的树轮曲线校正和七十年代的AMS方法。

50年代末(一说是1952年),在著名考古学家夏鼐先生的首倡之下,原在中科院高能物理研究所工作的仇士华和蔡莲珍夫妇调入考古所,开始从事碳十四实验室的建立工作。您要留意,这两位(仇士华和蔡莲珍)一直到现在还是国内用碳十四测年法进行考古断代的权威(仇士华先生是院士)。许多遗址、文物的年代鉴定都是由这两位先生作出的。

但是,国内用碳十四测年法进行考古断代实际上还是比较晚的。一方面,在随后的六十年代,西史学界正好开始讨论碳十四测年法的不准确性;另一方面,在那个时期,碳十四测年法是一个真正的技术活,还是很需要经费的。譬如,大伙能了解到二里头遗址最早在1959年就被发现了,但是第一份关于二里头遗址年代断代的论文是由仇士华、蔡莲珍二位先生发表在1983年10月这一期的《考古》杂志上的《有关所谓“夏文化”的14C年代测定的初步报告》。

碳十四测年法也不是万能的,也存在误差。所以用碳十四测年法测量某件古物也不能准确到某一个具体的年份。此外,选取的样品也不一定正好是某个朝代开始的年份,换句话说它也有一个上限和下限的问题;选取样品时,如果受到污染(下雪),那么这个样品的断代结果也是很值得怀疑的。(狮子看来,这也是仇士华和蔡莲珍二位先生在每次重要的断代结束之后,都写一个报告发表出来的重要原因)(《碳十四断代技术的新进展与夏商周断代工程》,考古,1997(7))

就说说《有关所谓“夏文化”的14C年代测定的初步报告》这篇论文。在这篇论文里,二位先生不但交待了到底是用那一种碳十四测年法,还交待了使用的样品(质量、数量(32)),最后还特别说明断出的年代只是根据这32件样品得到的比较可靠的上限和下限(“绝对年代被限制在公元前1900-1500年的范围内”)。
发表于 2011-11-14 17:43:05 | 显示全部楼层
老师,你好!看你发了很多关于C14年代学的资料,想向你请教,跟你交流交流!呵呵
发表于 2012-3-17 21:09:10 | 显示全部楼层
学习一下,
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