大家好，欢迎收看我的百家号小陶健谈，今天小编要给大家的介绍的是考古学家的“碳钟”——碳-14测定技术之谜。
欧洲著名考古学家格林·丹尼尔曾经指出,在近30年来的考古学中,没有什么比年美国芝加哥大学W·F·利比教授发明的碳-14测定年代技术更重要了。正如蒸汽机的发明开辟了工业革命的新纪元一样,碳-14测定年代技术的发明运用则开辟了史前考古学研究的新纪元。这是考古学界对碳-14测定年代技术作用的共同认识。
碳-14,又称放射性碳素。它是在高空上层气流中,由宇宙射线同地球大气发生作用而产生的中子与大气中氮发生核反应产生的放射性碳素。碳-14又与大气中的氧结合形成二氧化14碳(C4O2),混于大气二氧化碳中,通过光合作用被植物吸收为养料进入植物体内。而动物和人类都直接或间接地依赖植物生存,因此所有生物体内都带有碳-14。生物在死亡之前,身体中碳-14的浓度虽然因放射而减少,但是它又通过吸收而使碳-14的浓度保持平衡。因此,生物死亡之前体内碳-14的浓度是基本平衡的。任何生物的最后归宿都是死亡。生物体内碳-14的浓度就因生物死亡,停止与大气进行交换却经放射而减少。根据测定,约经±40或±30年碳-14的浓度因放射衰度而减少半。因此,只要测定出死亡物体内碳-14减少的程度就可以推算出它的死亡年代。
这一研究成果披露后,立即引起考古学和地质学界的极大重视。为了检验其测定年代的准确性,年,由考古学家和地质学家组成的鉴定委员会,用根据历史文献记载推测出已知年代的古代有机物标本进行实验,结果碳-14测定的年代与已知年代基本吻合。如埃及第一朝宰相黑曼卡墓,根据文献推知其埋葬年代为距今±年,通过对其墓顶椽木标本的碳-14测定其年代为距今±年。第四朝法老斯内腓卢墓埋葬年代为±75年,测定年代为±年。第十二朝施努塞特三世墓的埋葬年代为年,测定年代为±年。埃及托勒密时代的木馆,推测年代为年,测定年代为±年。虽然这些测定结果与已知年代存在有误差,在文献记载的历史时代进行断代还远不及文献所提供的材料推断准确。
但是,在没有文献记载的史前时代,远比考古学家绞尽脑汁根据地层关系和类型学排比推出的相对年代要快捷、精确。碳-14测定年代技术产生的误差,对于史前数千年,甚至上万年的年代推断获得的是个西瓜,损失的只不过是一粒芝麻而已。因此,这一技术迅速被运用于全世界的史前考古学,引起20世纪史前考古学一场大革命。旧的相对的年代学被精确的绝对年代学所取代。“放射性碳素的革命”在年传入我国,对我国的考古技术学也产生了重要影响。在此之前我国的史前考古学年代序列也是建立在地层学和类型学基础之上的相对年代序列。如年瑞典地质和考古学家安特生在河南渑池县仰韶村发现了以彩陶为主的仰韶文化;年~年,中国考古家吴金鼎在山东省章丘县(原属历城县)龙山镇的城子崖发现了以磨光黑陶为特征的龙山文化;两者文化面貌大相径庭谁早谁晚难以定论。
年,考古学家梁思永在河南安阳后冈遗址中发现殷商文化、龙山文化、仰韶文化三种遗存自上而下依次堆积的“三叠层”,确立了三者由晚到早的相对年代序列,在当时学术界轰动一时。然而每层文化所经过的历程,即所经历的时间,却无法解决。只有碳-14测定年代技术才能使这一问题水落石出。目前我国的碳-14实验室已经建成或在筹建的已有20多个,测定出年代数据上千个,取得了可喜的成绩,解决了许多重要文化遗存的年代问题。碳-14测定年代技术的运用迅速解决了这令考古学家们十分费神又必须首先解决的难题,从而把考古学家从年代学研究的泥潭中拯救出来。使得他们的视线不再受地域的局限,更集中精力去从事遗存本身所反映的人类行为的研究。碳-14是自然界的产物,分布的范围广阔,与许多学科都存有很密切的关系。特别是碳-14的衰变不依赖于任何外界条件,可以做精确测定。
因此它不仅导致了世界考古学界发生了革命,而且在人类学、第四纪地质学、地球化学、地理学、海洋学等有关学科的研究中都不同程度地起着作用。碳-14测定年代技术已成为各有关学科研究最近数万年内自然和历史现象的一种不可缺少的工具。目前,全世界已经建立了多个实验室,为各类学科提供了数以万计的年代数据,它的科学价值也将随着提供数据的增多,服务的领域更广而显示出来。正如好多科学技术有局限性一样,碳-14测定年代技术也有很多不尽人意的地方。首先,它测定的年代不能精确到哪一年。由于各种因素的制约,到目前为止没有一个数据没有误差。目前世界上最先进、精密的实验室测定,采用最完善方法采集的标本,在年内也只能把误差缩小到30年左右。
那么标本的年代越远,自然误差也就越大。其次,它的误差指的是统计学上所用的“标准差”,它的意义是标本的真实年代在标准差以外的或然率只有1/3,在标准差加倍数以外的或然率只有1/20。如湖南长沙马王堆号墓出土的木炭标本测定年代为±80年,那么真实年代在年~年间的可能性是2/3;在这个范围以外的可能性只有1/3,在年~年间的可能性是19/20;在这以外的机会只有1/20。另一种限制是碳-14的放射性比较低微,它的半衰期是±40年或±30年。如果用约数年计算,我们便可知道,经过1.2万年,其放射性只有1/4,1.8万年只有1/8,2.4万年便只剩下1/16。所剩的放射性太微弱了,不仅误差大,而且很不容易测到。目前最精密的设备可测的年代上限为5万年左右。
近年正在试验一种超灵敏测定技术,从理论上有希望将测定的年代上限扩展到10万年。尽管碳-14测定年代有不少局限性,但是它配合各学科的研究,特别是配合史前考古学的研究已经取得了具有“革命”意义的作用。随着这一技术的进步,其革命作用也一定会波及史前考古学以外的有关学科。它的价值,随着时间的推移,时代的发展,必将会在科学技术史上谱写光辉的一页。
