如何測定古生物年代？考古利器：碳-14測年

記得小時候看央視科教頻道時，紀錄片中在古生物學經常使用碳十四測年。分析其年代時，技術人員往往會選擇碳-14手段來鑑定其大致的誕生年份，碳14測年屬於放射測年法的一種 ,通過利用測定被測定物中某些放射性元素與其衰變產物的比率，之後應用這种放射性元素半衰期計算年代的方法；因為碳十四的半衰期比較短，碳十四測年法的應用局限於5到6萬年內。一般用在非常接近現代的定年，一般不超過四萬年，誤差率大概是±0.5-1.5％。而且年代越遠誤差率越大，誤差值也更大。

在每一種動物或植物的體內，都存在一種特殊的放射性物質，它們能像計時錶那樣，隨時準備著倒計時。聽起來很神奇，其實這是一種正常的自然現象，這种放射性物質就是碳-14。碳有幾種同位素，碳-12和碳-13都很穩定，唯獨碳-14具有放射性，它每 5730年衰減為原來的一半，這就是它的&34;。碳-14的形成歸咎於宇宙射 線。在大氣中，宇宙射線粒子經過多次碰撞，形成了慢中子，它們與大氣氮原子相 互作用後，氮原子放出一個質子，就變成了碳-14。碳-14不斷在大氣中形成，它們經過與氧結合，形成二氧化碳。

當動植物呼吸，或者動物吃植物時，都會吸收其中的碳-14，碳-14就在動植物 體內儲存起來，最後達到了平衡。動植物死亡後，呼吸停止，吃植物的行為也停止 了，與生物圈的碳交換也就停止了。於是，死去動植物體內的碳-14不再維持平衡 量，碳-14因其放射性開始減少，即每5730年減少一半，所以，從體內殘存的碳-14 含量，就可以推測動植物體內碳-14開始減少的時刻，由此推斷死亡的時間。然而動 植物體內碳-14的存量有限，用這種方法只能推測到6萬年的時間。

碳-14測年的方法最早是由美國化學家維拉德·弗蘭克·利比等人發現的，1927年，他進入加州大學伯克利分校，並於1931年獲得學士學位和博士學位，正值經濟低迷，他留在了學校擔任講師。1939年，伯克利的輻射實驗室開設了一項研究，設法在有機物中尋找一種普遍存在、半衰期 又足夠長的元素，打算把這種元素用於生物醫學的研究；

利比承接了這項課題，他 很快地發現碳-14的半衰期比人們以前設想的要長。接著，他又發現，碳-14能不斷 地在大氣中產生，並發現它是大氣中的慢中子與氮-14作用後的產物。但在那時的權威人士一致認為碳-14是氘核與碳-13作用產生的，這位年輕人的結論沒有立即得到承認。1945年，利比來到芝加哥大學，次年發表論文，提出在動植物身體裡所含的碳元素中，可能有碳-14的存在，並預言這種元素是經過呼吸隨二氧化碳儲存在體內的。為了證實這個想法，利比研究組需要找尋大量死去動植物的腐體；於是，他們從正在進行的巴爾的摩汙水工程那裡，收集到了大量帶有沼氣的汙泥。汙泥散發著腐臭的氣味，遭到周圍人的嫌惡與不解。

這是個花長時間的提煉過程。利比研究組從汙泥中提取出甲烷，再經過樣品的同位素濃縮，利用濃縮後的材料開始了系列檢驗。他們的試驗結果證實，在沼氣汙物中的甲烷成分果然含有碳-14，而石油裡的甲烷卻不含碳-14。同樣是甲烷，兩種 樣品對比的結果證實，石油甲烷中的碳-14因為超過了6萬年，放射性碳-14早已衰 變消失。利比通過試驗找到了用於生物醫學的最佳材料。碳-14普遍存在於有機物中，它們的衰變時間也足夠長，因為半衰期越長，能推斷年齡的期限也就越長。

為了從另一個角度再做證實，利比利用同樣的方法，試驗測量已知年齡的木製 材料。他們選擇了兩個樣本，分別取自古埃及第三王朝的法老左塞爾和法老斯尼夫魯的棺木。利用碳-14確定的兩種木材死亡的時間分別是公元前2625年±75年，而按照歷史記載，這兩位法老去世的時間為公元前2800年±250年。1949年12月23日，利比的研究結果發表在《自然》雜誌上；利比所開創的碳-14測年法由於其簡便和準確性，很快地引起了考古學和地質地理學界的注意。

通過碳-14還可以利用巖石或土壤夾層中有機物年齡推斷地質形成的年代，獲知地質地貌的形成和變遷。半個世紀的發展證明，利比所開創的碳-14歷史測年法，對歷史學、人類學、地質地理學和考古學有著重要的意義，利比由此獲得了1960年的諾貝爾化學獎。