第10章 第四纪年代学new

（3）方法与计算

常规计数法：是用各种类型的探测仪器计数14C衰变放出 的粒子。根据测量形式的不同，又可以分为固体计数法， 气体计数法和液体闪烁计数法。
e.g. 液体闪烁计数法：将样品中的碳制成闪烁体溶液，用光 电倍增管对14C发射的粒子进行探测。目前比较普遍并取 得成功的是将碳制成苯作为闪烁体溶液。
一、放射性同位素年代法
8C 9C 10C 11C

6 6 6 6
12 C
利用矿物岩石中的放射性同位素衰变测年：

13 C 14 C
15C 16C 17C 18C 19C 20C 21C 22C
宇宙成因同位素法（14C法，10Be法） 非宇宙成因同位素法（K-Ar法，U系法） 人工核放射性沉降法（210Pb，137Cs）
6 6 6
6 6 6 6 6 6 6 6
6 7 8
9 10 11 12 13 14 15 16
稳定 稳定 5730 years
2.449(5) s 0.747(8) s 193(5) ms 92(2) ms 46.2(23) ms 16(3) ms <30 ns 6.2(13) ms
1、14C—放射性碳测年

由于（1）不是置入离子源内的所有放射性碳原子都
能到达检测器，（2）放射性碳原子在碳原子总量中 比例微小。因而在检测器同样需要检测稳定同位素
第一个磁场选择原子量为 14的离子
8MeV能量磁场，根据能量 要素挑选14C离子
12C和13C。真正计算的是14C/13C 比值并同已知标准 样品的比值进行比较。
14
0.0000000001% 5568 years 5730 a
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(1)来源
太阳系外的高能 宇宙射线轰击高 层大气，一个中 子与大气中氮原 子发生反应产生 放射性碳。放射 性碳与大气CO2中 是稳定性碳混合，
经过各种分馏过
程到达沉积物。
（2）基本假设条件
①近几万年来宇宙射线强度不变（1950年）； ②在交换库中14C处于动态平衡， 14C含量一定； ③样品被埋藏后处于封闭体系， 无新的14C的加 入， 14C按衰变规律自然减少。
(2)怎样校正？
半衰期数据转换：物理半衰期÷1.029=常规半衰期 了解大气放射性碳随时间变化的情况。
注意！
放射性碳年龄总是被写成“距今”，其 计算依据是，假定过去任何时期的大 气中放射性碳浓度与公元1950年的水 平一致，所以 “今”指公元1950年。

大气放射性碳随时间变化——应用树轮进行校正
半衰期： 5568±30 a（Libby half-life，沿用惯例） 5730±40 a（Cambridge half-life）
同位素
12
质子数 6 6 6
中子数 6 7 8
百分比 99% 1%
半衰期 稳定

因此国内外数据对比或利用“树轮曲线”校 正时一定要搞清楚所用的半衰期值。
C C C
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地貌学及第四纪地质学
Geomorphology and Quaternary Geology
第10章 第四纪年代学
主讲教师：林 晓 中国地质大学（武汉）地学院
符号
Z
N 2 3 4 5
半衰期 2.0(4) x 10-21 s 126.5(9) ms 19.290(12) s 20.334(24) min
加速器质谱仪方法：
由于测量的是原子比例，因此需要的样品量较少。 由于微量样品容易迁移，受污染后对总体数据的影响明显。
（4）测年材料
材料 骨骼 木材 木炭 亚麻布 羊毛 羊皮纸 亚麻植物 绵羊 动物 亚麻生长的年代 剪取羊毛的年份 动物死亡的年份 有机体 动物 树木 测量的年龄值 动物死亡后的数年 树木的树轮所在的年份
500个树轮中木质的放射性碳。 利用放射性碳的半衰期公式，通过测量现代树木每一轮的放 射性碳含量，即可以计算该轮形成时的放射性碳含量。


采样要求
①不要采集受污染的样品，避开污染源 ②不要让样品受污染：防止标签和包装袋
12.4 ka
污染样品
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2、宇宙成因核素法
（3）方法与计算

加速器质谱仪法(Accelerator Mass Spectrometry)：是将样 品中的原子转换成快速移动的离子束，这些不同荷质比的 离子在质谱中被测量。
准备样品
燃烧形成苯
置入试管准备计数
装入计数器
液闪计数
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加速器质谱仪方法
一棵树的木质部在形成后即使在树木生长过程中也不与外界 进行碳的交换，因此木质部的每一轮都记录了生长时的放射
性碳的含量（比例）。一棵 500 年历史的树木，就记录了
核 反 应 ： 1950-1960s ， 大 规 模 原子核爆炸在大气中产生了大 量的放射性碳，在较短的时期 几乎升高一倍。 工业革命以来释放了大量的放 射性碳，利用14C方法不能对 1650-1950间的材料进行定年。 火山爆发：天然释放的老碳。
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日历年龄校正
(1)为什么需要进行校正？
距今的“今”指公元1950年。大气中放射性碳的比例受地 磁场变化和太阳周期变化影响，随时间发生变化（并不总 是与1950年水平一致）。 放射性碳精确的物理半衰期是5730 年，而非最早测定的 5568年（Libby，1955） 。
检测器 石墨或 CO2 铯 离 子 轰 击 样品以石墨形式置入离子源，铯轰击使之负离子化，形成 快速移动的负离子束，能够避免与14N的混淆。 进入第一个磁场选择原子量为14的离子。 Wien电 子筛电 压检验
进入加速器第二个磁场并达到约 8MeV的能量，根据能量要 素来选择离子，14C 离子被挑选出来。同时利用 Wien 电子筛 来检验它们的电压是否合乎要求。
两种方法的比较 AMS法基于样品中14C/13C的比值进行测量
常规 计数方法：
R t ln R 0
由于测量的是衰变放出的粒子，因此需要较多的样品。
国际统一用现代碳 标准作为初始值， 例如NBS草酸OXⅠ在1950年的放射 性活度/中国糖碳。
由于自然界中难以找到大量高纯度的含碳样品，因此得到 的结果往往是不同来源的碳埋藏年龄的平均值。