珍曉推科普「第44期」碳定年法

碳定年法

carbon dating ，radiocarbon dating

定義：利用半衰期為5600年的放射性同位素碳-14來確定物質年限的方法。

又稱：放射性碳定年法；碳-14定年法

學科：大氣科學_大氣化學

相關名詞：放射性同位素 穩定同位素 半衰期

來源：全國科學技術名詞審定委員會

圖片來源：視覺中國

【延伸閱讀】

碳定年法利用自然存在的放射性同位素碳-14來判斷物質的年限，對考古學具有重要的意義。美國物理化學家威拉德·弗蘭克·利比（Willard Frank Libby）發明了這種方法，並因此獲得1960年諾貝爾化學獎。

自然界的碳有多種同位素，其中碳-14是含量非常少的放射性同位素。它是宇宙射線中的中子與空氣中的氮-14原子進行反應的產物，並且接著與氧發生反應而變成空氣中的二氧化碳。碳定年法的核心原理是：植物通過光合作用將二氧化碳納入，變成植物體的一部分，食草動物吃掉植物，食肉動物又吃掉食草動物，動植物的代謝又向自然界排出各種含碳化合物。只要生物存活在世界上，它與自然界進行的碳-14交流就不會停止。這個平衡是動態的，有機體的各部分（如肉、奶等）中，碳的放射性同位素（碳-14）和穩定同位素（碳-12）的比例大致恆定。生物體死後，碳-14的對外交流也就終止，埋入大地的屍骸中碳-14的含量會隨著時間的延續逐漸減少而自發衰變為氮-14。半個碳-14的樣本要衰變成氮大約要經過5600年，其餘的一半衰變又要經過5600年，再剩下的一半又經過5600年，以此類推。半個樣本衰變的時間即半衰期。通過測定物質中碳-14與碳-12的比例變化，就可以確定物質的年限了。

碳定年法也有局限性。一個局限是經過大約10個半衰期後，就無法測量所剩的碳-14的數量，因此對6萬年前死去的物質年代就無法判斷。另一個局限是這種技術只能用於有機材料，無法直接用於測定巖石。此外，由於宇宙射線的頻率會發生變化，大氣中生成碳-14的速率及含量也有變化，所以測定的年限與物質真實的年限存在一定的差距。