碳-14測年法

簡介

碳-14(14C)也被稱為放射性碳。碳-14測年法又稱放射性碳素斷代法,它實際上是一個舶來品,碳-14測年法之父是個美國人,名叫W.F.利比(W.F.Libby)。他是個著名的物理化學家、放射化學專家、熱原子化學、示蹤技術、同位素示蹤技術專家。利比在1947年的時候創立了用放射性碳十四(14C)測定年代的方法,這個方法在考古學上中得到了廣泛的套用。1952年利比的著作《放射性測年法》由芝加哥大學出版社出版,1955年再版。這個方法的創立給利比帶來了極大的榮譽;利比因1947年創立的放射性碳十四測年法而獲得了1960年的諾貝爾化學獎。

我們都知道,碳是自然界中廣泛存在的元素,占地殼重要組成的0.018%;天然碳有三種同位素,即碳十二(12C)、碳十三(13C)、碳十四(14C),人工還可以合成碳的同位素。這其中,只有碳十四(14C)才具有放射性。碳十四(14C)在自然界含量極少,而且半衰期很長;它也是碳的最穩定、最重要的同位素。碳十四(14C)的半衰期為5730年,不走運的是,隨著歲月的推移,大氣中碳十四的含量還可能會有輕微的改變(諸如太陽黑子爆炸、火山噴發等);所以碳十四半衰期還要按照具體的年代進行修訂(樹輪曲線),這個5730年最後算來大概還有正負四十年的誤差存在。
由於新陳代謝,地球上生物體吸收或放出CO2的過程不斷進行,生物體內的碳十四(14C)含量也保持不變。但當生物失去新陳代謝作用(死亡),14C循環進入生物體內的過程就停止了。這時,留在體內的14C就只能按照其固有的半衰期5730年的衰變速率逐漸減少。因此,埋藏地下深層的樣品,只要測定其14C與12C的含量比例,按14C的放射性衰變公式進行計算,校訂之後便可推出待測物品的存在年代。
這個方法適應於考古學和第四紀地質研究,常用樣品為木炭、泥炭、木材、貝殼、骨骼、紙張、皮革、衣服以及某些沉積碳酸鹽等。但是,用碳十四測年法也只能準確測出5、6萬年以內的出土文物;對於年代更久遠的出土文物,如生活在五十萬年以前的周口店北京猿人,實際上利用碳十四測年法是無法測定出來的。

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