米尼兹小议碳十四在考古学上的应用
禅宗思想走进中国航海博物馆吸引我的是航海历史馆展厅的一条古独木舟。解说员介绍说，这件珍贵的古文物应用碳十四检测法，确定是7000年前的古物。那么碳十四检测古文物的原理是什么呢?
我们知道自然界中广泛存在着碳元素，如地壳中的石灰岩，空气中的二氧化碳，以及植物、飞禽、游鱼、走兽等的各种生物，自然的和人造的各类有机物…，它们无不含有碳元素。而碳原子有12C、13C、14C三种状态，我们称为碳元素的同位素。
同位素是指在元素周期表上占有同一位置,即同属于某一化学元素，其原子具有相同数目的电子，原子核也具有相同数目的质子，但却有不同数目的中子，互称为元素的同位素。
同一元素的同位素虽然质量数不同，但他们的化学性质基本相同(如：化学反应和离子的形成)，物理性质有差异，主要表现在质量上(如：熔点和沸点)。自然界中许多元素都有同位素，有稳定同位素和放射性同位素两类。C原子的三种同位素中14c是放射性元素，现被广 泛应用于考古学上。
二、碳十四测年法
1、放射性同位素的半衰期
放射性同位素的特点是：不稳定性，它会"变"。它的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是所谓"核衰变"。
放射性同位素在进行核衰变的时候，可放射出α、β、γ等射线，其核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，也不受元素所处状态的影响，只和时间有关。
放射性同位素衰变的快慢速度，用"半衰期"来表示。半衰期即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需要的时间。如P原子的半衰期是14.3天，就是说，假使原来有P原子100万个，经过14.3天后，只剩下50万个了。
半衰期是放射性同位素的一特征常数，不同的放射性同位素有不同的半衰期。
2、碳十四测年法的提出
研究发现，宇宙射线从太空不断轰击大气层，这种轰击会使大气层中部分普通碳原子形成放射性碳原子(碳14)。当植物活着的时候，由于不断地进行光合作用，二氧化碳(包括碳12和碳14)不断地进入植物体内，植物被动物吃掉，碳14又进入动物体内。因此动植物体内的碳14的含量是不断变化的。但是，一旦植物或动物死亡了，植物不再吸收大气中的二氧化碳，动物也不再吃植物了。于是，动植物在死亡以后的年代里，因碳14是放射性同位素，仍在继续不断地进行衰变，因此死亡动植物体内的碳14的含量在一天天地减少。碳14的含量通过测量其放射性确定下来，碳十四的半衰期为5730年，即经过5730年以后，碳14的含量只剩下一半。纤维腺瘤
人们应用碳14的这种特性，可透过检测一件物体的碳14含量，来估计它的大概死亡年龄，这种方法称之为碳测定断代法，又称放射性同位素断代法。 14 C断代方法由美国芝加哥大学利比(Libby)教授于1949年正式提出，并被广泛应用于考古学研究，所能断定的最久年份达5万年。
现代中西医结合杂志3、碳十四断代法的应用原理
碳14测年法是如何测定古文物的年龄呢?
自然界存在三种碳的同位素，它们的重量比例是12：13：14，分别用碳12(12C)；碳13(13C)；碳14(14C)表示，它们的含量比例是98.9：1.1：10±10。前二者是稳定同位素，只有碳14具有放射性。14C放射β粒子后蜕变为14N，半衰期为5730±40年。
14C的半衰期只有五千多年而地球存在已有数十亿年，自然界却存在着保持一定水平的放射性碳元素，为使14C的产生和衰变处于平衡状态，保持一定水平，必然存在着一种源泉。这个来源就在大气高空层，在那里，宇宙射线中子和大气氮核作用，生成14C。
发现这一自然现象并用实验加以证实的是上文提到的14C断代法的创始人利比。他从宇宙射线和人工核反应的研究中得到启发，认为自然界存在生成碳十四(简写作：14C)的条件，有可能检测出来。经过仔细考查计算，并在实验中解决了低能量低成本的测量上的技术问题，测出了自然14C。由此建立了14C测定年代断代的方法。
最初，外来的宇宙射线与大气作用产生宇宙射线中子，宇宙射线中子和大气中氮核起核反应产生碳十四，这一反应都在高空完成，新生碳原子在大气环境中不能游离存在很久，一般都与氧结合生成含有碳十四的CO2分子，碳十四CO2和原来存在于大气中的碳十二CO2化学性能是相同的，因此必然与原有CO2混合参加自然界碳的交换循环运动。
植物通过光合作用将CO2结合成植物组织，动物依植物为生，这就使生物界都混入了14C。动物通过排泄、死亡，植物通过腐烂、沉积，进入表层土壤而使14C进入土壤。大气与广大海面接触，CO2又与海水中溶解的碳酸盐和CO2进行交换，因此海水、海生物及海底沉积物中都含有14C。所以，凡是和大气中的CO2进行过直接或间接交换的含碳物质都包含了14C。由于碳在自然界的交换循环相当快，处于与大气互相交换的各种物质在各地的14C水平基本上是一致的。
比利就是根据：利用14C这种特性提出来给古生物进行断代的。例如陆地生物、海洋生物在生命过程中由于同大气经常交换，衰变掉的14C经常能得到补充，但一旦停止了交换(如死亡、沉积)，其14C就再得不到补充，14C含量因衰变而降低，每5730年降为原有水平的一半值。因此测量标本现存的14C放射性水平和它原始放射性水平相比较，就可以算出死亡或停止交换的年代。
要说明的是，14C测年法基于几个假设条件之上：
①假设大气中14C的产生率不变。
地球上的交换碳近数万年来基本恒定，但19世纪以来工业活动的增加，20世纪的爆炸形成的工业效应、效应，已减少了大气中14C的含量。
②假定放射性衰变规律不变，不受任何外界环境的影响，生物样品一旦死亡就停止与碳储存库进行自由交换。半衰期最初为5568年，近年来推算应为5730年。
③地球上各交换库中14C的放射性比重不随时间、地点、物质种类而改变,这个假设经检验基本成立。
3、碳十四断代法的优缺点
14C断代法是目前考古学最精确的测年方法，具有许多优点。
(1)测量范围广，可测定1000~50000年内的考古样品。
(2)样品易得，凡是含碳的骨头、木质器具、焦炭木或其它无机遗留物均可。
(3)对样品要求不严，埋藏条件不要求，取样也很简单。
14C断代法仍存在一些问题。
致幻
(1)测量范围有限，受半衰期规律的限制，其最大可测年限不超过4~5万年，而且样品年龄愈老,愈接近此极限值,测量误差愈大。
(2)合适的样品难以采集，要满足纯粹不受污染而且要求一定的重量。如古样品在埋藏中易受到后代动植物腐烂后的可溶碳化合物的污染。
(3)必须使用大量的样品，一些珍贵样品不能大量取样，而且测量时间较长。
(4)因种种原因，过去大气中的14C放射性水平不稳定、14C粒子衰变本身的波动性，只能用14C确定大概年代，不能保持准确。
三、14C断代检测法的应用
考古学家为了去考证远古的地球及宇宙的变迁、人类及生物的进化、社会和经济的发展等事件的准确年代，除了有一些文字史料可查询外，便要用到放射性同位素14C的科学手段去检测文物的具体年代，这种14C断代测年法，在我国考古学上已被广泛应用。
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