碳14年代测定法
碳14是碳的一种具放射性的同位素,于1940年首被发现。由于其半衰期达5,730年,且碳是有机物的元素之一,生物在生存的时候,由于需要呼吸,其体内的碳14含量大致不变,生物死去后会停止呼吸,此时体内的碳14开始减少。人们可透过倾测一件古物的碳14含量,来估计它的大概年龄,这种方法称之为碳14年代测定法。
14C的分析方法常用的有液体闪烁计数法及气体正比计数法两种。另外有固态碳计数法及串列静电加速质谱仪法,前者为最早使用的方法,但因有许多缺点,早已被气体正比计数法所取代而不用了;而串列静电加速质谱仪法(TAMS)系利用高能量质谱仪将离子依不同质量、电价以及能量加速,在短时间内精确地测定极为微量的标本年代,是1977年以后发展出来的最新方法。加速质谱仪法量测0.2~2mg的碳时,可达1%现代碳放射性强度的精度。它在一小时以下的计数时间,即可测定年代5500年左右之标本(参阅科月十二卷七期「加速器放射性碳定年」一文)。
生物内部都有一种碳的同位素--名叫碳-14,生物一死,该同位素马上以可以测定的速度开始衰变。碳-14大约有5600年的半衰期--即任何样品消失一半所需的时间--因此,通过确定某种特定的碳样的衰变程度,利比就可以有效地锁定一个物体的年代--虽然是在一定限度以内。
利比的方法是以如下假设为基础的,即大气里碳-14的含量以及生物吸收这种物质的速度,在整个历史进程中是始终不变的。事实并非如此。我们现在知道,大气里碳-14的数量变化不定,取决于地球的磁场能否有效地改变宇宙射线的方向;在漫长的时间里,变化的幅度可能很大。这意味着,有些以碳-14年代测定法测定的年代要比别的这类年代更无把握。
利比公式里有个名叫衰变常数的基本成分存在3%的误差。而到了这个时候,全世界已经进行了数千次计算。科学家们没有修正每个计算结果,而是决定保留这个不准确的常数。"这样,"提姆·弗兰纳里说,"你只要把今天见到的每一个以放射性碳年代测定法测定的年代减去大约3%。"问题没有完全解决。人们又很快发现,碳-14的样品很容易被别处的碳污染--比如,一小点儿连同样品一起被采集来的而又没有被注意到的植物。对于年代不大久远的样品来说--年代小于大约2万年的样品--稍有污染并不总是关系很大,而对于年代比较久远的样品来说,这有可能是个严重的问题,因为统计中的剩余原子数实在太少了。借用弗兰纲纳里的话来说,在第一种情况下,就像是1000美元里少数1美元;而在第二种情况下,就像是仅有的2美元里少数了1美元。
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