碳14测年法考古

考古年代测定的方法考古年代测定主要采用碳14放射测定。

放射性碳定年法，又称碳测年，是利用自然存在的碳-14同位素的放射性定年法，用以确定原先存活的动物和植物的年龄的一种方法，可测定早至五万年前有机物质的年代。

对于考古学来讲，这是一个准确的定年法技术。

理论基础碳以同位素混合物形式存在于大气和所有生命组织中（在组织存活时期混合物的比例为恒定）。

碳有两个同位素：碳-12（12C）和碳-13（13C）。

除此之外，还有一些微量的不稳定(放射性)同位素：碳-14（14C）。

14C的半衰期为5730年，因此它要用很长的时间才可完全消失，当（动物或植物）组织死亡后，由于碳-14会经历衰变，其比例就会降低，于是死亡样品的年龄可以通过测量样品的碳-14含量来确定。

碳-14是放射性的，它的形成是由于宇宙射线撞击在地球大气层中氮的随机反应。

当宇宙射线进入大气层，它们经过数重转化，包括中子的形成。

这些中子撞击碳-12原子会有以下的反应：10 n + 147N →146 C + 11 H因为氮在地球大气层中的含量达80%，这个反应是较为普遍的。

碳-14主要在30,000-50,000呎高空和较高的纬度形成，但碳-14却平均分布于大气层，并且会与氧进行反应而形成二氧化碳。

二氧化碳会穿透海洋溶于水中。

由于假设在一段长时间之中，宇宙射线通量（flux）是均等的，故可假设碳-14是均速形成的；因此，在地球大气层和海洋中放射性与非放射性的碳的比例是固定的：约为1 ppt（part per trillion，1兆分之1：每一摩尔6万亿原子）。

植物进行光合作用吸入大气层中的二氧化碳，然后又被动物进食，故此所有生物都固定地与大自然交流着14C，直至它们的死亡。

一旦它们死亡，这个交流就会停止，14C的含量就会透过放射衰变逐步减少。

这个衰变可以用来计量一个已死的生物的死亡时间。

原本的测量是借由数出个别碳原子的放射衰变量量（见液相闪烁计数），但这是一个不灵敏和受制于统计误差的测量：在开始的时候已并不多的14C，而由于此其半衰期很长，故很少原子会发生衰变，所以探测它们变得相当困难（例：刚死去时的衰变为4原子/秒•摩尔，10000 年后衰变为 1原子/秒•摩尔)。

放射性同位素C-14的应用自然界中碳元素有三种同位素，即稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C，14C的半衰期为5730年，14C的应用主要有两个方面：一是在考古学中测定生物死亡年代，即放射性测年法；二是以14C标记化合物为示踪剂，探索化学和生命科学中的微观运动。

一、14C测年法自然界中的14C是宇宙射线与大气中的氮通过核反应产生的。

碳-14不仅存在于大气中，随着生物体的吸收代谢，经过食物链进入活的动物或人体等一切生物体中。

由于碳-14一面在生成，一面又以一定的速率在衰变，致使碳-14在自然界中（包括一切生物体内）的含量与稳定同位素碳-12的含量的相对比值基本保持不变。

当生物体死亡后，新陈代谢停止，由于碳-14的不断衰变减少，因此体内碳-14和碳-12含量的相对比值相应不断减少。

通过对生物体出土化石中碳-14和碳-12含量的测定，就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。

例如某一生物体出土化石，经测定含碳量为M克（或碳-12的质量），按自然界碳的各种同位素含量的相对比值可计算出，生物体活着时，体内碳-14的质量应为 m克。

但实际测得体内碳-14的质量内只有m克的八分之一，根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了，即已死亡了一万七千二百九十年了。

美国放射化学家W．F．利比因发明了放射性测年代的方法，为考古学做出了杰出贡献而荣获1960年诺贝尔化学奖。

由于碳-14含量极低，而且半衰期很长，所以用碳-14只能准确测出5～6万年以内的出土文物，对于年代更久远的出土文物，如生活在五十万年以前的周口店北京猿人，利用碳-14测年法是无法测定出来的。

二、碳-14标记化合物的应用碳-14标记化合物是指用放射性14C取代化合物中它的稳定同位素碳-12，并以碳-14作为标记的放射性标记化合物。

它与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质，不同的只是它们带有放射性，可以利用放射性探测技术来追踪。

自 20世纪 40年代，就开始了碳-14标记化合物的研制、生产和应用。

碳十四测年法名词解释
碳十四测年法 (Carbon-14 dating) 是一种放射性测年法，用于测定古物的年龄，特别是生物体死亡后的遗骸年龄。

该方法是通过测量碳 -14 原子的数量来确定样品的年龄。

碳 -14 是一种由原子核中放射性衰变产生的元素，其原子核由一个质子和一个中子组成。

在地球的自然辐射中，碳 -14 的半衰期约为 5,730 年。

这意味着，在一个碳分子中，碳 -14 原子的数量是恒定的，并且当一个碳分子失去一个碳 -14 原子时，它的寿命就会缩短。

因此，可以通过测量样品中碳 -14 原子的数量来确定其年龄。

碳十四测年法通常使用放射性同位素测年法的原理。

具体来说，科学家会使用加速器质谱计 (Accelerator Mass Spectrometer,AMS) 来测量样品中碳 -14 原子的数量。

AMS 是一种高科技仪器，它可以精确地测量微量元素的数量。

通过使用 AMS，科学家可以准确地测量样品中的碳 -14 原子数量，并据此确定其年龄。

碳十四测年法被广泛应用于考古学、地质学、生物学等领域。

它可以帮助科学家们更好地了解古代生物的演化过程、地球历史的演变等方面的问题。

考古年代测定的方法
考古学是一门通过对古代人类文明遗迹进行发掘和研究，探索人类历史和文化发展的学科。

在考古学中，为了确定遗址和文物的年代，使用了多种方法来进行年代测定。

以下是一些常见的考古年代测定方法：
1. 放射性碳（碳-14）测年法：这是最常用的年代测定方法之一。

通过测定有机样本中残存的碳-14含量来确定样本的年龄。

由于碳-14的半衰期约为5730年，因此这种方法适用于距今约5万年以内的物品。

2. 热发光测年法（TL/OSL）：通过研究某些矿物质在过去暴露于光线后，积累了能量并在加热后释放的现象，来测定样本的年龄。

这种方法适用于年龄在几百年至几十万年之间的物品。

3. 磁化测年法：通过分析矿物质在古地磁场下的磁化方向，来确定样本的年龄。

这种方法在确定遗址的年代和地层序列方面非常有用。

4. 树轮年代学：根据树木生长环的数量和宽度来测定树木的年龄。

树轮年代学适用于年龄在几百年至几千年之间的木质样本。

5. 硝酸铀测年法：通过测定样本中的铀含量和其衰变产物（ 如铅）含量来测定样本的年龄。

这种方法适用于年龄在几十万年至几十亿年之间的物质。

6. 热释光测年法（TL/OSL）：类似于热发光测年法，但适用于年龄更久远的样本，可以测定几十万年至几百万年的年代。

这些年代测定方法通常需要专业的实验室设备和技术支持，并结合考古学家对遗址和文物的综合研究，才能获得更准确的年代信息。

通过这些方法，考古学家可以对发掘出的文物和遗址进行精确的年代确定，有助于还原人类历史和文化的发展过程。

小议碳十四在考古学上的应用走进中国航海博物馆吸引我的是航海历史馆展厅的一条古独木舟。

解说员介绍说，这件珍贵的古文物应用碳十四检测法，确定是7000年前的古物。

那么碳十四检测古文物的原理是什么呢?一、碳原子与碳同位素我们知道自然界中广泛存在着碳元素，如地壳中的石灰岩，空气中的二氧化碳，以及植物、飞禽、游鱼、走兽等的各种生物，自然的和人造的各类有机物…，它们无不含有碳元素。

而碳原子有12C、13C、14C三种状态，我们称为碳元素的同位素。

同位素是指在元素周期表上占有同一位置,即同属于某一化学元素，其原子具有相同数目的电子，原子核也具有相同数目的质子，但却有不同数目的中子，互称为元素的同位素。

同一元素的同位素虽然质量数不同，但他们的化学性质基本相同(如：化学反应和离子的形成)，物理性质有差异，主要表现在质量上(如：熔点和沸点)。

自然界中许多元素都有同位素，有稳定同位素和放射性同位素两类。

C原子的三种同位素中14c是放射性元素，现被广泛应用于考古学上。

二、碳十四测年法1、放射性同位素的半衰期放射性同位素的特点是：不稳定性，它会"变"。

它的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是所谓"核衰变"。

放射性同位素在进行核衰变的时候，可放射出α、β、γ等射线，其核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，也不受元素所处状态的影响，只和时间有关。

放射性同位素衰变的快慢速度，用"半衰期"来表示。

半衰期即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需要的时间。

如P原子的半衰期是14.3天，就是说，假使原来有P原子100万个，经过14.3天后，只剩下50万个了。

半衰期是放射性同位素的一特征常数，不同的放射性同位素有不同的半衰期。

2、碳十四测年法的提出研究发现，宇宙射线从太空不断轰击大气层，这种轰击会使大气层中部分普通碳原子形成放射性碳原子(碳14)。

文物鉴定中的放射性同位素测年方法概述：文物鉴定是一项重要的文化遗产保护工作，而放射性同位素测年方法在文物鉴定领域有着十分重要的地位。

本文将介绍放射性同位素测年方法在文物鉴定中的应用与原理，并探讨其在鉴定中的局限性和前景。

通过对放射性同位素测年方法的深入了解，我们可以更好地保护和研究珍贵的文化遗产。

一、放射性同位素测年方法的原理放射性同位素测年方法是基于放射性同位素的衰变过程来推断物质年代的一种方法，主要分为碳-14测年和铀系列测年两种。

1. 碳-14测年碳-14测年是通过测量文物中的碳-14同位素含量与稳定碳同位素的比值来确定年代。

该方法主要适用于有机物质的测年，如木材、纸张等。

原理是利用地球上不断变化的大气中碳-14同位素的比例，并结合其半衰期来计算样本的年龄。

2. 铀系列测年铀系列测年是通过测量文物中铀系列同位素的衰变情况来推算年代。

常用的铀系列元素有铀、钍和铅等，因其衰变速率稳定且适用范围广，所以在文物鉴定中得到广泛应用。

通过测量样本中铀系列元素与其衰变产物之间的比值，可以计算出样本的相对年龄。

二、放射性同位素测年方法在文物鉴定中的应用放射性同位素测年方法在文物鉴定中有着广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 确定文物的年代通过测定文物中含有的放射性同位素的比例，可以推算出文物的年代。

这对于无法准确判断年代的文物非常有帮助，有助于研究者更好地理解文物的历史背景和文化价值。

2. 推断文物的制作时间和历史变迁放射性同位素测年方法可以帮助研究者确定文物的制作时间和历史变迁，从而揭示文物所蕴含的历史信息。

比如，通过测定陶器中的碳-14含量，可以确定陶器的年代，了解不同年代陶器的制作工艺和风格差异。

3. 辅助文物的鉴定和鉴别在文物鉴定的过程中，有时难以准确判断文物的真伪和年代。

而放射性同位素测年方法可以提供一种客观、科学的手段，帮助鉴定者更准确地判定文物的真实性和年代。

4. 建立文物数据库和年代序列通过对大量文物进行放射性同位素测年，可以建立文物数据库和年代序列，为文物鉴定和历史研究提供良好的参考依据。

瓷器年代鉴定的科学方法
瓷器年代鉴定是考古学和历史学中的重要问题之一。

确定瓷器的年代可以帮助人们了解历史、文化和社会发展的变迁。

科学方法可以帮助人们更准确地鉴定瓷器的年代。

本文将介绍一些常用的瓷器年代鉴定方法,并拓展相关知识。

1. 碳十四法
碳十四法是目前最常用的瓷器年代鉴定方法之一。

它利用碳十四元素在化石燃料中的沉着来鉴定瓷器的年龄。

在鉴定过程中,通过采集瓷器周围的土壤或化石燃料,并将采集到的土或燃料与纯碳十四试剂进行反应,即可得出瓷器的年龄信息。

2. 地质时代法
地质时代法是利用地质学的知识,通过研究瓷器所在地区的地质变迁,来确定瓷器的年代。

这种方法需要对当地的地质环境、火山活动、河流流动等进行深入研究。

3. 陶瓷工艺法
陶瓷工艺法是利用对陶瓷制造工艺的了解,来确定瓷器的年代。

通过对陶瓷制造工艺的研究,可以了解各个时期陶瓷的制作特点、技术发展状况等。

4. 器型法
器型法是利用瓷器的器型来判断年代。

器型的变化可以反映不同时期的工艺和审美观念。

通过对不同时代的瓷器器型进行
比较和分析,可以了解瓷器的年代信息。

5. 釉料法
釉料法是利用瓷器的釉料来判断年代。

釉料的种类、成分和变化可以反映不同时期的生产工艺和审美观念。

通过对不同时代的釉料进行比较和分析,可以了解瓷器的年代信息。

以上是几种常用的瓷器年代鉴定方法。

在实际鉴定过程中,需要结合多方面的信息和资料,综合判断瓷器的年代。

同时,科学方法也需要不断研究和发展,以更好地鉴定瓷器的年代。

14C年代测定原理及其在考古中的应用碳元素共有8种同位素，9C、10C、11C、15C、16C是人工核反应的产物，半衰期很短，不存在于自然界中。

自然界中存在着碳的3种主要同位素：12C、13C和14C，其中12C、13C 都是稳定同位素，只有14C具有放射性，故称放射性碳。

利用14C同位素放射性衰变规律进行测年技术称为14C年代测定技术，也称放射性碳定年法。

114C年代测定技术的产生1933年，库利(F.N.D.Kurie)等人发现，N原子核(14N)在快中子轰击下，云雾室中出现了一条又长又细的反冲粒子径迹，后来有人用慢中子轰击N核得到了同样的结果，分析和计算证明，只有带正电荷的质子，才能在云雾室中形成细长的粒子径迹。

因此，他们认为，这是快中子与14N相互作用生成14C后放出来的一个多余质子。

1940年，科夫(S.A.Korff)发现，宇宙射线在高空大气圈中会产生中子，并首先研究了地球大气圈上形成14C的物理条件。

当时，美国芝加哥大学教授利比(W.F.Libby)和科夫刚好研制成功一种探测中子的计数器，他们把它放置在气球上，如实地记录大气圈内各高度层的高能宇宙产生的中子强度。

实验结果证明：中子计数率随高度增加，到距地面15km处，中子强度达到最大值。

因此，在大气圈顶部，宇宙射线轰击空气时产生大量快、慢中子，这些中子轰击占空气80%的氮原子核后，同样产生放射性14C。

14C与氧结合生成14CO2，在与大气中氧气混合后参加自然界碳的交换循环运动。

植物通过光合作用与大气中的二氧化碳进行交换，与大气中14C处于平衡状态。

动物通过食用植物体内吸入14C；动物通过排泄、死亡，植物腐烂、沉积，进入表层土壤而使14C进入土壤，大气与海面接触，二氧化碳又与海水中溶解的碳酸盐和二氧化碳进行交换，因此，海水、海生物及海底沉积物中都含有14C。

由于碳在自然界的交换循环很快，所以，处于与大气相互交换的各种物质在各地的14C水平基本是一致的。

关于考古学遗存绝对年代的科学测定方法有很多,像碳十四断代法、树木年轮法和古地磁法等,但其中碳十四断代法无疑是目前考古学中应用最为广泛的测年手段。

然而碳十四测年也存在很多问题,尤其是体现在其测年的误差上[1],由于在国内和国外不同实验室、选取不同标本、使用不同方法,都会得到差异很大的结果,而且还存在着所测标本的污染问题[2],其准确度存在很多争议和质疑。

但我们不会因此否认碳十四测年的作用,由于考古发现可对比的纪年资料数量非常少,碳十四测年仍然是当今考古学中绝对年代判定的重要参考,尤其是在史前考古学中发挥了非常重要的作用。

本文无意讨论碳十四测年的方法和测定过程中存在的问题,因为这些大多数是涉及到实验科学范畴的问题,也已有很多相关的研究成果可供参考[3]。

除了这些问题外,还有考古学者们更为关注的,那就是在使用已测定的大量碳十四数据时会出现什么问题?我们又该如何处理呢?这也是本文所要讨论的主要内容。

一、碳十四数据使用过程中的现实问题目前考古学者们在使用碳十四数据过程中会遇到一些很现实的问题,这些问题往往会给他们的研究工作带来许多疑惑。

1.碳十四数据的年代跨度大在碳十四年代数据后面往往都有加减号和数字(以BC1500±90这个数据为例),可能会有人认为这个数据有180年跨度,实际上这只是统计学上的标准误差,说明数据的年代有68.27%的可能落在这个范围内4,这表明真正数据误差可能要大的多。

当然测定者都会整合出一个精确的数字,但这些精确的结果显然没有之前的年代跨度更保险。

近些年来由于碳十四测年技术发展,统计学的标准误差大大的缩小了,但是这些年代跨度仍然使许多考古问题无法解决。

由于碳十四测定的误差问题,一两个孤零的数据,就没有多大意义,一系列基本一致的碳十四数据才有价值。

因此在同一个墓地或者一个遗址中,需要测定多组碳十四数据,但这些数据跨度往往也非常大。

在南乌拉尔草原著名的辛塔什塔墓地,经过校正的碳十四测年数据跨度在公元前2250-1390之间,竟然有近千年,而从墓地的树轮测年看,这个墓地使用时间不会超过130年[5]。