怎样用碳十四测算年代

Question

怎样用碳十四测算年代

Answer 1

那么,碳——14测年法是如何测定古代遗存的年龄呢?
　　原来,宇宙射线在大气中能够产生放射性碳——14,并能与氧结合成二氧化碳形后进入所有活组织,先为植物吸收,后为动物纳入.只要植物或动物生存着,它们就会持续不断地吸收碳——14,在机体内保持一定的水平.而当有机体死亡后,即会停止呼吸碳——14,其组织内的碳——14便以5730年的半衰期开始衰变并逐渐消失.对于任何含碳物质,只要测定剩下的放射性碳——14的含量,就可推断其年代.
　　碳——14测年法分为常规碳——14测年法和加速器质谱碳——14测年法两种.当时,Libby发明的就是常规碳——14测年法,1950年以来,这种方法的技术与应用在全球有了显著进展,但它的局限性也很明显,即必须使用大量的样品和较长的测量时间.于是,加速器质谱碳——14测年技术发展起来了.
　　加速器质谱碳——14测年法具有明显的独特优点.一是样品用量少,只需1～5毫克样品就可以了,如一小片织物、骨屑、古陶瓷器表面或气孔中的微量碳粉都可测量；而常规碳——14测年法则需1～5克样品,相差3个数量级.二是灵敏度高,其测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16；而常规碳——14测年法则与之相差5～7个数量级.三是测量时间短,测量现代碳若要达到1%的精度,只需10～20分钟；而常规碳——14测年法却需12～20小时.
　　正是由于加速器质谱碳——14测年法具有上述优点,自其问世以来,一直为考古学家、古人类学家和地质学家所重视,并得到了广泛的应用.可以说,对测定50000年以内的文物样品,加速器质谱碳——14测年法是测定精度最高的一种.
　　1.碳14是碳的一种具放射性的同位素,于1940年首被发现.它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生,其半衰期约为5,730年,衰变方式为β衰变,碳14原子转变为氮原子.
　　2. 由于碳14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,这种方法称之为碳定年法.
　　（一）断代原理
　　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（C12）；碳-18（C18）；碳-14（C14）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有放射性,亦称放射性.碳C14放射β粒子后蜕变为N14,半衰期为5730±40年,反应式为:C14→N14+β一.
　　C14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 C14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,宇宙射钱中子和大气氮核作用生成C14.发现这一自然现象并用实验加以证实的是C14法创始人利比(W.F.Libby).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C14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本底测量上的技术问题,测出了自然C14.由此建立了C14测定年代的方法.
　　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-14:
　　0n1+7N14→⒍C14+1H1
　　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C14O2分子,C14O2和原来存在于大气中的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C14.动物通过排泄,死亡,植物通过腐烂,沉积,进入表层土壤而使C14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C14.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C14.
　　这种产生C14的自然现象存在已久,同时C14按5730年半衰期衰变减少,这类碳中C14水平必然会到达平衡值.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名地的C14水平基本上是一致的.