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  軒轅棵書 2017-11-28 00:00:00

  可測定 1000— 50000 年內的考古樣品 斷代測年技術----碳十四測年法 一、碳十四測年法 碳十四測年法又稱放射性同位素（碳素）斷代法，一般寫作 14 C 。 14 C 斷代方法由美國 芝加哥大學利比（ Libby ）教授于 1949 年提出。 1 、碳十四斷代法的原理 自然界存在三種碳的同位素： 12C （ 98.9% ） ， 13C (1.19%)， 14C (10-10%) ，前兩者 比較穩(wěn)定，而 14C 屬低能量的放射性元素。 14 C 的產生和衰變處于平衡狀態(tài)，其半衰期 為 5730±40 年（現在仍使用 5568±30 年）。宇宙射線同地球大氣發(fā)生作用產生了中子， 當熱中子擊中 14 N 發(fā)生核反應并與氧作用便產生了地球上的 14 C 。在大氣環(huán)境中新生 14 C 很快與氧結合成 14 CO2 ，并與原來大氣中 CO2 混合，參加自然界碳的交換循環(huán)。植 物通過光合作用吸收大氣中的 CO2 ，動物又吃植物，因而所有生物都含有 14 C 。生物死 后，尸體分解將 14 C 帶進土壤或大氣中，大氣又與海面接觸，其中的 CO2 又與海水中溶 解的碳酸鹽和 CO2 進行交換。可見凡是和大氣中進行過直接、間接交換的含碳物質都含 14 C 。同時 14 C 又以 5730 年的半衰期衰變減小；加上碳在自然界的循環(huán)交換中相當快，使 得 14 C 在世界各地的水平值基本一致。如果生物體一旦死亡， 14 C 得不到補充，其中的 14 C 含量就按放射性衰變規(guī)律減少，經過 5730 年減少為原來的一半。因此可以計算出生 物與大氣停止交換的年代 t ，即推算出生物死亡的年代。所以，一切死亡的生物體中的殘 存有機物以及未經風化的骨片、貝殼等都可用 14 C 來測定年代。 要說明的是， 14 C 測年法基于幾個假設條件之上： ① 假設大氣中 14 C 的產生率不變。 地球上的交換碳近數萬年來基本恒定，但 19 世紀后半葉工業(yè)活動的增加， 20 世紀原 的爆炸形成的工業(yè)效應、原效應，已減少了大氣中 14 C 的含量。 ② 假定放射性衰變 規(guī)律不變，不受任何外界環(huán)境的影響，生物樣品一旦死亡就停止與碳儲存庫進行自由交換。 半衰期Z初為 5568 年，近年來推算應為 5730 年。但這個對研究影響不大。 ③ 地球上各 交換庫中 14 C 的放射性比重不隨時間、地點、物質種類而改變，這個假設經檢驗基本成立 。國際公認 14 C 測年中的 B 、 P 起算點是 1950 年（因為之后人工核爆炸產生的大量 14C 對大氣影響很大）， 1850—1950 年間的樣品因工業(yè)化過程釋放的 CO2 使得 14C 測年 數據稍偏老。 2 、碳十四斷代法的優(yōu)缺點 14C 斷代法是目前Z精確的測年方法，具有許多優(yōu)點。（ 1 ）測量范圍廣，可測定 1000— 50000 年內的考古樣品。（ 2 ）樣品易得，凡是含碳的骨頭、木質器具、焦炭木或其它無 機遺留物均可。（ 3 ）對樣品要求不嚴，埋藏條件不要求，取樣也很簡單。盡管如此， 14 C 斷代法仍存在一些問題。 ① 測量范圍有限，受半衰期規(guī)律的限制，其Z大可測年限不超 過四萬年，而且樣品年齡愈老，愈接近此極限值，測量誤差愈大 。 ② 合適的樣品難以采 集，要滿足純粹不受污染而且要求一定的重量。如古代樣品在埋藏中易受到后代動植物腐爛 后的可溶碳化合物的污染；一些珍貴樣品不能大量取樣。 ③ 必須使用大量的樣品，而且測 量時間較長。 ④ 因種種原因，過去大氣中的 14 C 放射性水平不穩(wěn)定、 14 C 粒子衰變本 身的波動性，那么用現代統(tǒng)一的 C 標準測定的年代不能等同于日歷，只能是 14 C 年代， 現在這個問題已得到解決，即用樹木年輪法校正。 3 、現狀和應用 ZG社會科學院考古研究所在碳 14 斷代工作的成績尤為突出，是全國同類實驗室中建立時 間Z長、公布數據Z多的一個實驗室。由于古陶瓷幾乎不含碳，所以 14 C 斷代法在古陶瓷 斷代方面失去效用。 4 、加速器質譜碳十四測年方法 針對 14 C 測年法的局限性， 70 年代末加速器質譜碳十四計數法應運而生，以 1978 年在 羅切斯特大學召開的diyi次國際加速器質譜會議為誕生標志。加速器質譜測年技術（ AMS— —Accelerator Mass Spectrometry ）與 14 C 年代法原理相同，只是以對碳十四原子計數 代替對 β 粒子的計數。 AMS 是加速器技術、質譜技術和探測鑒別技術的產物，具有一些 優(yōu)點。首先 AMS 所需樣品量少，一般 1-5 毫克就足夠了，甚至 20-50μg 。其次，精確度 高，靈敏度可達 10-5 至 10-6 ，誤差能達到不超過 0.3%±18 年。第三測定年代擴展到 7.5-10 萬年。第四，測量時間短，一般幾十分鐘就可測試一個樣品。 還有， AMS 不受環(huán) 境影響，不象 β 線計數要考慮宇宙光體。 AMS 14C 斷代法自問世以來，廣泛應用于考古 學、古人類學、地質學、物理學、天體物理學、環(huán)境科學、生物醫(yī)學等領域。 AMS 超過 14 C 斷代法對新石器時代完整年代序列的成就，因其取樣少（加速器質譜儀為小 樣品或含碳量極少的樣品）給 14 C 分析帶來了新的途徑，甚至可以解決其他問題，諸如陶 器起源的追溯、人類祖先何時到達美洲、農業(yè)起源的時間等問題 。

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