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维基百科:协作计划/放射性碳定年法

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放射性碳定年法(也叫14
C
定年法
)是一种利用碳的同位素14
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的放射性来对含有有機物質的物品进行年代测定英语Chronological dating的方法。

威拉得·利比于1940年代在美国芝加哥大学发明了放射性碳定年法,并因此在1960年获得诺贝尔化学奖。这种方法基于大气中的宇宙線反应不断在大气中产生放射性碳(14
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),这些14
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与大气中的结合形成具有放射性的二氧化碳,又通过植物光合作用进入生物圈,然后再被动物进食摄入体内,故此所有的生物终其一生都不断地与大自然交换着14
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,直至死亡。这个交换在死后会停止,14
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的含量就会透过放射衰变逐步减少。通过测量死去动植物样本的14
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含量,例如一块木头或者一段骨头,就可以推算出动植物死亡的时间。样本越古老,可检测到的14
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含量就越少。因为14
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半衰期(一个样本的一半衰变的时间周期)大约是5730年,所以这种方法可以可靠地测量的最古老的样本大约是五万年左右,不过特殊的制备方法有时可以准确分析更古老的样本。

1960年代以来,科学家一直在研究过去的五万年里大气中的14
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比例,研究结果的数据形成了一条校准曲线,可以通过样本中放射性碳的测量值来估计样本的绝对年代。不过,不同类型的生物中14
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的含量不同(即同位素分馏),加之环境因素亦会影响生物圈14
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的含量(即碳库效应),因此计算时必须要进行额外的校准。化石燃料(如煤和石油)的燃烧和50、60年代在近地的核试验使事情变得更复杂。因为生物体变成化石燃料所需要的时间远远比其14
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含量降低到可检测值以下所需的时间要长,因此化石燃料几乎没有14
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,结果就是自19世纪末期开始,大气中的14
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比例大幅下降。反过来,核试验大大提高了大气中14
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的含量,在1960年代中期达到了最大值,是核试验之前含量的两倍。

放射性碳的测量最早使用β粒子计数器,计算样本中14
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原子衰变时放射出的β粒子。而现在人们一般使用加速器质谱法,这个方法能统计样本中全部的14
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原子数量,而不是只统计少量在测量时发生衰变的14
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,所以这种方法可以应用在更小的样本上(如植物种子),结果出的也更快。放射性碳定年法的发展对考古学有着深远的影响——相较之前的方法,除了可以更准确地给考古遗址断代,还可以比较距离很远的地方的两个事件的发生时间。考古学史上常称之为“放射性碳革命”。地质学上,放射性碳定年法可以确定史前时代大事件的年份(如末次冰期的结束时间)。