考古年代測定的利器:碳14

在考古發掘中,即使未發現證明年代的文物,但考古學家仍然能準確斷定遺址的年代,他們是如何做到的呢?其實他們是用碳14來確定年代的。

碳14是碳元素的同位素之一,主要由宇宙射線照射氮元素產生。宇宙射線與大氣作用產生宇宙射線中子,宇宙射線中子再與大氣中的氮14發生核反應生成碳14,最後碳14成為CO2進入生態系統的碳迴圈中。

考古年代測定的利器:碳14

碳14會衰變成非放射性同位素氮14,其半衰期為5730年,也就是說1mol的碳14在5730年後會變成0。5mol的碳14和0。5mol的氮14。在自然界中,由於億萬年中碳14在不斷的產生和衰變,最終達到了一個平衡值,可以認為碳14與碳12的比例不變。

考古年代測定的利器:碳14

另一方面,植物透過光合作用吸收大氣中的CO2,碳元素(包括碳14)便進入植物體內,動物最終又以植物為生,碳14同樣也分佈在動物體內構成了動物的軀體,而且碳14與碳12的比例同大氣中一樣。

但是,當這些動物或者植物死去後,便不再和外界進行碳交換,它們體內的碳14每過5730年縮減一半,直至4萬年後碳14的含量低的檢測不出來。因此,從考古遺蹟中的碳14與碳12的比例便可以知道遺蹟的年代。

考古年代測定的利器:碳14

自然界中的tan‘xun’huan

但事情並沒有這麼簡單,以上是我們假設大氣中碳14與碳12比例不變的前提下計算年代,但實際上大氣中碳14與碳12的比例並不是嚴格不變的,而是隨著時間上下波動。因此,我們需要對計算出的年代進行校正。

樹木年輪每年生長一輪 ,可以透過清數年輪精確確定出每一輪的生長年代,同時,該年輪又可以透過碳14來測定精確測出它的碳14年代, 兩者結合即可將碳14年代比較可靠地校正到真實年代,生成校正曲線。

但是,考古遺址中並不是所有含有碳元素的都可以進行年代測定,有時候由於齧齒動物、蠕蟲等把地層攪亂,或者頭髮、油脂的沾汙都會影響年代的測定,因此需要辨別樣品是否容易被汙染。