放射性碳测年与考古研究

  • 放射性碳测年丰富了考古学、人类学等诸多学科。
  • 放射性碳测年流程首先测量碳的一种弱放射性同位素碳14,接着将放射性碳年龄结果校准为日历年。
  • 进行碳测年之前必须确立样品和环境之间的关系。
  • 放射性碳测年实验室的科学家和考古学家应该协调采样、储存以及其他问题,以获得有意义的测试结果。
  • 放射性碳测年结果在考古学方面可能是“不可接受的(无法解释)”结果。
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历史学、人类学和考古学是三个截然不同但密切相关的知识体系,它们借助过去告诉人类现在。历史学家可以知道不同地区有哪些文化曾经兴盛,以及它们衰落的时间。人类学家可以描述人的生理特征、文化、环境和社会关系。考古学家则证明文物的存在或揭开历史或人类学的发现。

没有其他任何科学能像考古学那样,毋庸置疑地丰富了人类的历史。考古学已设法解开了人类很大一部分未留下记录的历史之谜。

和生物科学不一样,研究以前人类生活和活动残留的材料对普通人来说可能并不重要或令人兴奋。但是,考古学旨在了解人类,它是一项超越发掘宝藏、收集信息和测定年龄的崇高事业。正是了解了昔日文化不再存在的原因后,人类才明白了确保历史不会重演的关键所在。

多年来,如果不是凭借放射性碳测年,树轮年代学,古地磁断代,氟化物测年,光释光测年以及黑曜石水化分析等技术,考古学发现的历史文化信息将永远都不被人所知。放射性碳测年技术的应用已有50年了,它彻底改变了考古学。碳14测年迄今仍是一项强大可靠的、广泛适用的技术,对于考古学家和其他科学家来说极其宝贵。

放射性碳测年的概念

碳14因其不稳定性和放射性,被称为放射性碳。它是元素碳自然产生的一种同位素。当生物死后,会停止与生物圈的相互作用,其碳14不再受到生物圈的影响,但是会很自然地经历衰变。

碳14的衰变需要几千年,正是大自然的这种神奇,形成了放射性碳测年的基本原理,使碳14分析成为揭示过去的有力工具。

在放射性碳测年过程中,首先分析样品中残留的碳14。被分析的样品中碳14比例可以说明自样品源死亡后流逝的时间。报告的放射性碳测年结果是未校正年BP(迄今),其中BP是指公元1950年。接着进行校正,将BP年转换为历年。随后将该信息与准确的历史年龄联系起来。

碳测年是准确的方法吗?

考古学家决定使用碳测年作为分析方法之前,必须首先确保校正后的放射性碳测年结果可以回答考古学问题。碳14活性所代表的含义必须要慎重考虑。

样品和环境之间的关系并不总是明确的。样品的年龄早于其被发现时环境的年龄。有些样品,像木头,已停止与生物圈相互作用。它们死亡后有一个外观年龄,因此将它们与样品周围沉积物的年龄联系起来是不够准确的。还有一些情况是样品和沉积物之间的关系不明显或比较费解。因此,在将考古事件与环境,以及环境和进行放射性碳测年的样品进行关联时,必须非常小心。

考古学家还必须确保,只收集和处理有用的样品进行碳测年,而不是测试挖掘现场发现的每种有机物质。

放射性碳测年实验室与考古学家之间的相互配合

放射性碳科学家和考古学家在开始挖掘之前,需要对采样策略达成一致,这一点很重要。因为这样不会浪费时间和资源,在碳测年完成后获得有意义的结果。

必须强调的是,考古学家在挖掘前需要和放射性实验室人员就以下几个方面互相配合。

a. 样品类型、大小和包装

实验室在关于哪些样品可以进行放射性碳测年方面有限制。例如,有些实验室,不对碳酸盐岩进行测年。

还必须询问实验室,它们想要处理的样品所需的样品量,以及选择哪些样品进行碳测年。有些实验室接受泡水木材,而另一些则喜欢提交干燥的样品。

b. 样品采集

收集和储存过程中不得污染样品。烃类、胶、杀虫剂、聚乙二醇或聚醋酸乙烯酯不能接触放射性碳测年样品。其他潜在污染物包括纸张、纸板、药棉、细绳和烟灰。

c. 样品保存

样品必须存放在包装材料中,这些材料在运输过程中可以保护样品,甚至在长期存放过程中也能起到保护作用。贴在包装材料上的标签必须不褪色,不易擦掉。

储存放射性碳测年样品时可以使用玻璃容器,但它们很容易损坏,并且在处理大样品时不实用。带螺旋盖的铝容器是安全的,但最好还是咨询放射性碳实验室,找到存放碳测年样品的最佳容器。

d. 误差和校正

建议考古学家或所有普通客户都要问清楚实验室碳测年结果是否有系统误差或随机误差。他们还应该询问BP年转换为历年的校正细节。

e. 费用

明确样品进行放射性碳测年所需的费用。一些实验室对于非常规处理的样品收取更高的费用。

f. 时间安排

放射性碳测年需要的时间,实验室经常需要得到客户回复确认,所以这个因素必须被考虑进去。

g. 样品标识

碳测年的过程具有破坏性,因此实验室通常会在样品的标识或标记方面向客户提出建议。但是,客户必须确保所有放射性碳测年样品在开始测试之前已被妥善贴上了正确的标签。

h. 污染物种类

与客户沟通能让实验室大概了解发掘现场可能存在的污染物种类。而知道了放射性污染物的种类也会让放射性碳科学家们大概知道碳测年开始之前需要采取的预处理方法。

i. 样品的预计年龄

为了避免样品加工过程中出现交叉污染,以及年龄古老(超过10000年)的样品碳测年不能尾随近现代年龄的样品的碳测年,实验室需要咨询客户有关提交的放射性碳测年样品的预计年龄。

实验室还希望避免处理那些历年范围跨越大的碳测年样品。如果校准曲线平坦,并且在此期间的所有日历事件的放射性碳年代大约相同,放射性碳测年结果的值意义不大。

放射性碳测年结果

解读放射性碳测年结果并不容易,有些时候,考古学家认为碳14测年结果在考古学方面是“不可接受”的。这种情况下,考古学家对发掘现场的年代进行评估后会拒绝使用放射性碳测年结果。

放射性碳测年结果被视为“不可接受”有很多种原因。可能是沉积问题,或者是意想不到的污染物,甚至是实验室的问题。不管是哪一种情况,都需要认真考虑放射性碳测年结果被认为不可接受的原因。