放射性碳定年和碳爆炸

Radiocarbon Dating and Bomb Carbon 放射性碳定年的方法基于全球碳14浓度在任何特定时间的某些假设。一个假设就是，全球的碳14（也称为放射性碳）含量在大气中没有随时间变化。另一个假设是第一个假设的推论，即由于平衡，生物圈的总体放射性碳浓度和大气相同。

宇宙射线产生的中子在大气中和氮原子相互作用形成放射性碳，由此放射性碳开始进入全球的碳循环。产生的碳14与大气中的氧原子反应形成二氧化碳。此二氧化碳与碳12和碳13产生的二氧化碳没有什么不同，因此，含有碳14的二氧化碳与其他碳同位素产生的二氧化碳具有相同的命运。

大气和生物圈之间发生混合和交换直到平衡建立。放射性碳定年在很大程度上取决于这一假设，以至于一开始不考虑也不需要碳14的其他来源。

如今，放射性碳科学家们不得不进行校正，不仅要将他们的放射性碳定年结果转换成历年，而且要考虑对全球碳14浓度产生重要影响的各种因素，其中之一就是核武器试验。

影响全球碳14浓度的人类活动

两种人类活动被公认为对全球放射性碳含量产生了不可挽回的改变：化石燃料的燃烧和核武器试验。

煤炭等矿物燃料的大量燃烧被称为苏斯效应，它显著降低了大气碳库的放射性浓度。与此相反， 20世纪50年代和60年代的核武器试验却大大增加了大气中的碳14浓度。这种现象通常被称为爆炸效应。

爆炸效应是指核弹产生的“人造”放射性碳进入大气的现象。

核武器试验产生一种反应，使大量的碳14在大气中产生。核爆炸产生的巨大热中子通量与大气中存在的氮原子反应形成碳14。由此产生的碳14就是大家熟知的爆炸碳或人造放射性碳。

根据文献记载， 20世纪50年代和60年代的核武器试验使1965年实测的大气中的碳14含量增加了近一倍。1963年至1965年间，爆炸碳的含量大约比正常水平高100％。北半球的爆炸碳浓度在1963年达到高峰，南半球的爆炸碳浓度则在1965年左右达到高峰。

人类活动给全球放射性碳浓度带来的变化使碳14测年有必要使用一种参考标准。放射性碳定年需要一种有机材料，这种有机材料没有被化石燃料燃烧或核武器试验所产生的碳14污染。

美国国家标准局储备的草酸已被采纳为放射性碳定年的标准。它的放射性碳含量理论上与公元1950年生长的木材样品相同。公元1950年是引用碳定年结果时使用的放射性碳时间标度的零点。

美国是公认的首个进行核武器试验的国家。美国在实施曼哈顿计划过程中，于1945年7月16日在新墨西哥州阿拉莫戈多进行了代号为三位一体的首个核武器试验。

除了美国，已进行核武器试验的其他国家有前苏联、法国、英国、中国、印度、巴基斯坦和朝鲜。从1945年美国的第一次核试验到1998年的巴基斯坦的核试验，全球在超过12个不同的地点一共进行了2000多次核爆炸。

一些拥有核武器的国家于1963年签署了《部分禁止核试验条约》。该条约禁止各国在大气中、水下以及外层空间进行核武器试验，但不禁止地下核武器试验。许多国家继续进行地下核武器试验，直到20世纪90年代停止。

1996年，许多国家签署了《全面禁试核试验条约》，其中包括美国、法国、中国和英国。该条约禁止用于军事或民用的各种环境下的核武器试验。美国已签署了该条约，但尚未批准。

即使禁止核武器试验后，爆炸效应仍然存在。据文献记载，在某种程度上，由于全球碳交换循环，核武器试验过程中产生的多余的碳14已经减少。根据草酸参考标准活动的实测，到90年代，碳14含量比1950年的理论含量仅高出约20％。

爆炸碳本质上是一个人为的碳14的注入。放射性碳科学家利用这一知识检测他们关于碳14在各种碳库的混合率的理论。他们发现，树木年轮不和其他树木年轮交换放射性碳。这一事实支持了树木年代学在放射性碳定年中的应用，特别是在构建放射性碳的校正曲线中的应用。

另外，还有一些监测爆炸碳或放射性碳存在的其他一般性的研究。

地球化学海洋区域研究分析了大西洋、太平洋、印度洋和地中海的海洋水样，并绘制了炸弹碳的存在。研究结果使建模者能够分析放射性碳通路及其交流和滞留时间。

世界海洋环流实验于1990年至2002年从溶解的无机碳中获得放射性碳测量值。

Reidar Nydal和Knut Lovseth从1962年至1993年测量了北部和南部半球大气中二氧化碳的放射性碳含量。