如何利用碳断定年代?

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如何利用碳断定年代?

2024-07-16 05:15| 来源: 网络整理| 查看: 265

  1947年,美国芝加哥大学化学家弗兰克·利比,首次用放射性同位素C14,准确测定了曾经有过生命的有机体的年代。我们目前使用的是14C进行年代测定,该方法由Willard Libby提出猜想并进行实验证明,他也因此项工作在1960年获得诺贝尔化学奖。

  C14测年法的发明,对于考古学、海洋学和地球科学是一个巨大的贡献。放射性元素的原子不断放射射线,并逐渐转变为另一种原子,这种现象称为放射性衰变。这种衰变是有一定规律的,放射性衰变的规律以及衰变的产物都与时间这个因素有关,也就是说,它们可以被用来确定时间的变化。在古代的遗物和遗址中,随着时间的推移,有机化合物中的氢和氧是要变成水分而丢失的,只有碳这个元素是能够稳定存在的,同时含有C14这个放射性同位素。 

  在自然界中,碳以两种稳定的非放射性同位素形式存在:碳12(12C)和碳13(13C)和放射性同位素碳14(14C),14C的半衰期约为5730年。对于生命,动植物通过与大气或食物交换碳与周围环境保持平衡,由于大气与动植物的14C的比例是固定的,生物死后不在获得14C,14C就会随着时间减少。由此原理以及控制放射性同位素衰变的方程式:

  代入14C的半衰期得到:

  利用现代仪器可以测得14C的数量,由公式即可计算出年份。在自然界中,由于亿万年中碳14在不断的产生和衰变,最终达到了一个平衡值,可以认为碳14与碳12的比例不变。另一方面,植物通过光合作用吸收大气中的CO2,碳元素(括碳14)便进入植物体内,动物最终又以植物为生,碳14同样也分布在动物体内构成了动物的躯体,而且碳14与碳12的比例同大气中一样。当这些动物或者植物死去后,便不再和外界进行碳交换,它们体内的碳14每过5730年缩减一半,直至4万年后碳14的含量低的检测不出来。因此,从考古遗迹中的碳14与碳12的比例便可以知道遗迹的年代。

  (刘强 清华大学/侯旭 厦门大学/吴思 中国科学技术大学/徐超 清华大学)



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