大家好，歡迎收看我的百家號小陶健談，今天小編要給大家的介紹的是考古學家的「碳鍾」——碳-14測定技術之謎。
歐洲著名考古學家格林·丹尼爾曾經指出,在近30年來的考古學中,沒有什麼比1949年美國芝加哥大學W·F·利比教授發明的碳-14測定年代技術更重要了。正如蒸汽機的發明開闢了工業革命的新紀元一樣,碳-14測定年代技術的發明運用則開闢了史前考古學研究的新紀元。這是考古學界對碳-14測定年代技術作用的共同認識。
碳-14,又稱放射性碳素。它是在高空上層氣流中,由宇宙射線同地球大氣發生作用而產生的中子與大氣中氮發生核反應產生的放射性碳素。碳-14又與大氣中的氧結合形成二氧化14碳(C4O2),混於大氣二氧化碳中,通過光合作用被植物吸收為養料進入植物體內。而動物和人類都直接或間接地依賴植物生存,因此所有生物體內都帶有碳-14。生物在死亡之前,身體中碳-14的濃度雖然因放射而減少,但是它又通過吸收而使碳-14的濃度保持平衡。因此,生物死亡之前體內碳-14的濃度是基本平衡的。任何生物的最後歸宿都是死亡。生物體內碳-14的濃度就因生物死亡,停止與大氣進行交換卻經放射而減少。根據測定,約經5730±40或5568±30年碳-14的濃度因放射衰度而減少半。因此,只要測定出死亡物體內碳-14減少的程度就可以推算出它的死亡年代。
這一研究成果披露後,立即引起考古學和地質學界的極大重視。為了檢驗其測定年代的準確性,1948年,由考古學家和地質學家組成的鑑定委員會,用根據歷史文獻記載推測出已知年代的古代有機物標本進行實驗,結果碳-14測定的年代與已知年代基本吻合。如埃及第一朝宰相黑曼卡墓,根據文獻推知其埋葬年代為距今4900±200年,通過對其墓頂椽木標本的碳-14測定其年代為距今4883±200年。第四朝法老斯內腓盧墓埋葬年代為4575±75年,測定年代為4802±210年。第十二朝施努塞特三世墓的埋葬年代為3750年,測定年代為3621±180年。埃及託勒密時代的木館,推測年代為2280年,測定年代為2190±450年。雖然這些測定結果與已知年代存在有誤差,在文獻記載的歷史時代進行斷代還遠不及文獻所提供的材料推斷準確。
但是,在沒有文獻記載的史前時代,遠比考古學家絞盡腦汁根據地層關係和類型學排比推出的相對年代要快捷、精確。碳-14測定年代技術產生的誤差,對於史前數千年,甚至上萬年的年代推斷獲得的是個西瓜,損失的只不過是一粒芝麻而已。因此,這一技術迅速被運用於全世界的史前考古學,引起20世紀史前考古學一場大革命。舊的相對的年代學被精確的絕對年代學所取代。「放射性碳素的革命」在1965年傳入我國,對我國的考古技術學也產生了重要影響。在此之前我國的史前考古學年代序列也是建立在地層學和類型學基礎之上的相對年代序列。如1921年瑞典地質和考古學家安特生在河南澠池縣仰韶村發現了以彩陶為主的仰韶文化;1930年~1931年,中國考古家吳金鼎在山東省章丘縣(原屬歷城縣)龍山鎮的城子崖發現了以磨光黑陶為特徵的龍山文化;兩者文化面貌大相逕庭誰早誰晚難以定論。
1931年,考古學家梁思永在河南安陽後岡遺址中發現殷商文化、龍山文化、仰韶文化三種遺存自上而下依次堆積的「三疊層」,確立了三者由晚到早的相對年代序列,在當時學術界轟動一時。然而每層文化所經過的歷程,即所經歷的時間,卻無法解決。只有碳-14測定年代技術才能使這一問題水落石出。目前我國的碳-14實驗室已經建成或在籌建的已有20多個,測定出年代數據上千個,取得了可喜的成績,解決了許多重要文化遺存的年代問題。碳-14測定年代技術的運用迅速解決了這令考古學家們十分費神又必須首先解決的難題,從而把考古學家從年代學研究的泥潭中拯救出來。使得他們的視線不再受地域的局限,更集中精力去從事遺存本身所反映的人類行為的研究。碳-14是自然界的產物,分布的範圍廣闊,與許多學科都存有很密切的關係。特別是碳-14的衰變不依賴於任何外界條件,可以做精確測定。
因此它不僅導致了世界考古學界發生了革命,而且在人類學、第四紀地質學、地球化學、地理學、海洋學等有關學科的研究中都不同程度地起著作用。碳-14測定年代技術已成為各有關學科研究最近數萬年內自然和歷史現象的一種不可缺少的工具。目前,全世界已經建立了100多個實驗室,為各類學科提供了數以萬計的年代數據,它的科學價值也將隨著提供數據的增多,服務的領域更廣而顯示出來。正如好多科學技術有局限性一樣,碳-14測定年代技術也有很多不盡人意的地方。首先,它測定的年代不能精確到哪一年。由於各種因素的制約,到目前為止沒有一個數據沒有誤差。目前世界上最先進、精密的實驗室測定,採用最完善方法採集的標本,在5000年內也只能把誤差縮小到30年左右。
那麼標本的年代越遠,自然誤差也就越大。其次,它的誤差指的是統計學上所用的「標準差」,它的意義是標本的真實年代在標準差以外的或然率只有1/3,在標準差加倍數以外的或然率只有1/20。如湖南長沙馬王堆號墓出土的木炭標本測定年代為2095±80年,那麼真實年代在2175年~2015年間的可能性是2/3;在這個範圍以外的可能性只有1/3,在2255年~1935年間的可能性是19/20;在這以外的機會只有1/20。另一種限制是碳-14的放射性比較低微,它的半衰期是5730±40年或5568±30年。如果用約數6000年計算,我們便可知道,經過1.2萬年,其放射性只有1/4,1.8萬年只有1/8,2.4萬年便只剩下1/16。所剩的放射性太微弱了,不僅誤差大,而且很不容易測到。目前最精密的設備可測的年代上限為5萬年左右。
近年正在試驗一種超靈敏測定技術,從理論上有希望將測定的年代上限擴展到10萬年。儘管碳-14測定年代有不少局限性,但是它配合各學科的研究,特別是配合史前考古學的研究已經取得了具有「革命」意義的作用。隨著這一技術的進步,其革命作用也一定會波及史前考古學以外的有關學科。它的價值,隨著時間的推移,時代的發展,必將會在科學技術史上譜寫光輝的一頁。