什么是碳 14 测年法？

这可能是了解过去最重要的技术之一，但它是如何运作的呢？

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可以肯定地说，放射性碳测年技术的发展改变了我们对世界的认识。它不仅彻底改变了我们的考古学和人类学方法，为古代人民和文化的生活提供了新的见解，而且还为了解地球的地质和大气历史提供了新的视角。但您有没有想过这种重要的科学技术是如何运作的以及它从何而来？

碳14：宇宙射线和死物

放射性碳测年法或碳测年法（有时是碳 14 测年法）是一种用于确定某些生物性质物体年龄的方法。这项开创性的技术依赖于一种重要的放射性碳同位素的自然衰变：碳-14。通过测量样品中碳 14 的含量，科学家可以非常精确地计算出其年龄。但要了解这是如何实现的，我们首先需要知道碳14最初是如何进入“物体”的——而答案与外太空有很大关系。

当宇宙射线——通常来自太阳，但有时来自其他天体，如遥远的爆炸恒星或黑洞——进入大气层时，它们可以与其他原子碰撞，并以高能中子的形式产生次级宇宙射线。然后这些中子可以与氮 14 原子碰撞，氮 14 原子又变成碳 14 原子（和氢原子）。然后碳 14 原子与氧气结合形成二氧化碳，二氧化碳被植物吸收并通过碳交换（光合作用）融入植物中。然后动物（包括人类）吃掉植物并将碳 14 摄入体内。

因此，所有动物，包括你和我，我们体内都含有少量但恒定的碳 14 原子，以及构成我们碳含量绝大多数的碳 12 原子和碳 13。

14CHRONO 中心主任 Maarten Blaauw 博士告诉 Science-News.dev，Carbon-14“是三种天然存在的碳同位素中最稀有的”。“在植物叶子或人类牙齿等活体组织中，只有大约 1一百万个碳原子将成为[Carbon-14]”，

在我们的一生中，我们体内积累了大量的碳，但当我们死亡时，这个过程就会停止。随着时间的推移，碳 14 开始衰变，而碳 12 和碳 13 保持不变。

Blaauw 补充道，Carbon-14“是一种不稳定的放射性碳同位素”。“随着时间的推移，它会衰变回氮。这种衰变的速率是已知的并且是恒定的；它的平均寿命被发现为大约 8,033 年，这很方便，因为当生物体活着时，它们会通过新陈代谢吸收[碳-14]；一旦它们死亡，它们就不再补充碳，并且其组织中的放射性碳含量开始衰减，直到大约 8,033 年。 50,000 年没有留下可测量的[碳14]。”

这是碳测年的关键，也是它对于了解过去如此有用的原因。

计算过去的证据

该技术于 20 世纪 40 年代末由芝加哥大学化学教授、前曼哈顿计划研究员威拉德·利比 (Willard Libby) 首次开发。本世纪初，其他研究人员首次发现了碳 14 同位素，并观察到它们的半衰期约为 5,730 年。这意味着，5,730年后，样本中最初数量的碳14原子的一半将衰变并变回氮（这是 Blaauw 博士提供的衰变过程的直观图示）。利比的见解是，如果你能计算出样本中碳 14 的含量，那么你就可以通过腐烂的程度来算出它的年龄。

在接下来的几年里，利比和同事发表了关于碳测年潜力的想法，并继续完善他们的想法。他的研究生欧内斯特·C·安德森 (Ernest C. Anderson) 取得了一项重要进展，他发现地球上所有纬度的有机材料都含有几乎相同数量的碳 14。

通过所有这些工作，利比和他的同事开始开发第一个碳 14 技术，并在博物馆收藏的文物上进行测试。这意味着该团队可以确定该技术的准确性，因为考古学家已经通过其他证据（例如树轮年代学）了解了这些物体的年龄。不用说，它确实有效，到 20 世纪 60 年代，该技术已在全球 30 多个放射性碳实验室中得到应用。今天，它仍然是确定过去最重要的方法之一。

布劳解释说，这“非常重要”，“放射性碳测年法是最常用的工具，可以将材料追溯到公元前。五万年前，对于过去的环境以及人类的发展来说，这是一个充满重大事件的时期”。

Blaauw 补充道，尽管这个新工具非常强大，但它的速度却相当慢。 “最初，测量了放射性碳衰变事件本身。这需要大量的材料和数周至数月的长时间计数。自 20 世纪 90 年代以来，通过加速器质谱法计算 [碳 14] 原子本身的方法变得更加流行。 ”

“现在可以在几分钟内测量放射性碳年龄，并且可以测量更小的样品，例如单个种子。 ”

“放射性碳革命”

碳测年对考古学和地质科学产生了巨大影响。在这项技术开发出来之前，对物体进行年代测定的努力依赖于相对因素，例如比较考古遗址中发现某物的地层，并假设这些地层是按时间顺序放置的。这种方法只是确定了事件的顺序，而不是提供对事件年龄的精确测量。

但碳测年技术的出现改变了这一点——并且在这样做的过程中，它帮助反驳了各种既定但错误的信念。例如，它揭穿了文明起源于欧洲然后向外扩散的观点。对亚洲、非洲、美洲、大洋洲文物的考察表明，各地的文明是独立发展的。由于不需要花费太多时间来确定文物的年龄，考古学家现在能够提出有关史前时代人类进化和文化的新问题。

其他学科也从这项技术中受益。特别是，地质学家、沉积学家和湖泊研究已经利用了碳测年技术。此外，古植物学家和古气候学家可以用它来测定沉积物序列中发现的花粉等物质的年代，以及其他植物材料或木炭的痕迹。通过准确测定这些样本的年代，他们可以利用这些信息来确定其他地点相关地层的年龄。

显然，尽管碳测年法具有强大的功效，但它也有其局限性。最明显的是年龄超过 50,000 岁的物体的硬性限制。这是因为此类文物的任何碳 14 含量都太低而无法使用。 

但也存在其他限制。

另一个限制涉及分离要测量的正确碳源。正如 Blaauw 解释的那样，“通常，样品中会含有碳源的混合物，例如，博物馆中的一件旧木制物品可能已经用油处理过以保存它，然后我们必须尝试分离木材从油中提取，以便对木材本身进行碳测年。 ”  

这个污染问题很重要，“特别是对于达到放射性碳测年5万年极限的样本——因为在这些样本中只剩下非常少量的放射性碳，即使是微量的现代碳污染也可能严重影响测年。例如，一块 6500 万年前的恐龙骨头，只有 1% 的现代碳污染，其放射性碳年龄约为 37000[碳 14] 年！ ”

为了解决这个问题，考古学家和其他研究人员试图估计“任何背景污染的影响，不仅测量样品本身，还测量标准样品和背景样品。 ”

研究人员唯一一次尝试确定已知年龄超过极限的事物的年代是建立背景测量。

回应神创论的批评

重要的是要弄清楚碳测年法的工作原理，因为近年来，某些神创论者和年轻地球倡导者依靠对碳测年技术的不了解以及对利比原创作品的误解，来主张符合圣经的年表。圣经。然而，对于神创论者为何把事情搞得一团糟，是有可靠的解释的。

特别是，有关古代化石中含有碳14痕迹的说法被用来表明某些早于《圣经》叙述的标本实际上比它们实际年龄要年轻得多（洪水时期的恐龙）。然而，正如布劳解释的那样，污染是极其容易的。宇宙射线引起的贝塔辐射（将氮 14 转化为碳 14 的辐射类型）始终构成我们周围自然背景辐射的很大一部分。因此，不可能将其完全排除在实验室之外，因为它可能会使较旧的文物或化石看起来更年轻。

目前在该领域工作的专家已经解释了来自青年地球者的许多其他批评。与他们的说法相反，碳测年的证据及其准确性是极其可靠的。看来他们的反对意见依赖于引用其他神创论作家，而这些作家都引用了同样的原始误解。

过去的未来

如今，碳测年仍然是确定历史物体或事件年龄的强大且广泛使用的工具。研究人员越来越多地寻找新方法来改进他们的方法并消除污染。

“我们有一个烤箱，我们可以将其置于一定温度范围内，然后我们分离并测量在不同温度下脱落的碳”，Blaauw 说，“这使我们能够更好地了解更复杂样品中的不同碳源。实验室还尝试新的化学预处理方法，以更好地消除污染。 ”

显然，考古学家和其他科学家都意识到他们工作的局限性，但它们并不是神创论者喜欢想象的问题类型。就像很多事情一样，证据就在那里，你只需要知道如何看待它。

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