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骨质样品的加速器质谱碳定年

• 对贝壳进行放射性碳定年不容易；有很多因素可能影响其实际年龄。
• 贝壳由矿物文石和方解石组成。
• 由于海洋效应和硬水效应，贝壳的放射性碳定年结果需要年龄补偿。
• 最常见的贝壳污染物是由同位素交换和再结晶造成的。
• 进行放射性碳定年的贝壳的预处理通过物理和化学方法隔离文石。

贝壳是发送到加速器质谱（AMS）实验室进行放射性碳定年的常见材料。很大一部分发送至加速器质谱实验室进行碳14测年的贝壳材料都是软体动物贝壳。

对贝壳进行放射性碳定年不太容易，因为有许多因素导致结果的不确定。美国物理化学家Willard Libby是放射性碳测年技术的先驱，他认为贝壳是放射性碳定年效果最不好的材料。

贝壳可分为海洋类、河口类或河流类贝壳。AMS实验室分析员需要知道他们正在分析的贝壳的类型，以确定可能存在的污染物以及清除它们的方法。

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Beta实验室提供针对贝壳和珊瑚的液体闪烁计数器和加速器质谱分析放射性碳测年。
样品量要求：20-50克（加速器质谱仪），50克（液体闪烁计数器）；
推荐容器：自封袋

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贝壳的成分

贝类动物从生物圈中吸收碳，以生长外壳。科学研究表明，贝类动物从海洋或陆地植物中吸收有机碳，从海水重碳酸盐、大气二氧化碳或淡水重碳酸盐中吸收无机碳。

贝壳由碳酸钙晶体沉积，形成有机基体。有机基体是一种称为贝壳硬朊的蛋白质。这种蛋白质仅构成贝壳的很小一部分，因此放射性碳测年过程中所需要的样品是无机的部分。

虽然碳酸盐是无机质，但是由于它的形成需要从生物圈中吸收碳14，因此仍然可以进行测定。虽然有些贝壳是文石和方解石的混合，而其他贝壳，如牡蛎壳，则主要是方解石，但是贝壳中的碳酸盐岩通常还是以矿物文石的形式存在。

使用贝壳的碳酸盐成分会产生一些问题，因为该物质易于溶解，且与其环境可进行同位素或化学成分的交换。当贝壳与它周围的土壤中的酸交换碳时，贝壳的碳14比率会发生改变，而放射性碳年龄也会变化。这种碳交换通常会影响贝壳的外层。

另一方面，再结晶甚至可以影响贝壳的内层。这种现象伴随着文石向方解石的转化，会改变碳14的比率。贝壳与近现代方解石交换碳的时候，通常会发生再结晶现象。

贝壳的碳库效应

有两种和贝壳的放射性碳定年有关的源效应或碳库效应：海洋效应和硬水效应。由于这些效应的存在，必须对贝壳的放射性碳定年结果进行年龄补偿评估。

海洋效应是海洋地表水和深层水缓慢混合的结果。大气层和生物圈之间通过二氧化碳的快速碳交换与大气和海洋之间的碳交换并不完全一样。

大气和地表水之间实现二氧化碳的平衡相对较快。然而，地表水与深水的碳交换速度却非常缓慢，以至于从地表水吸入的二氧化碳的碳14含量和从深水释放出的二氧化碳的碳14含量可能处于放射性碳衰变的不同阶段。研究表明，碳14在大气中的停留时间为6年到10年不等，而碳14在海洋的停留时间则可能长达几千年。

上升流是另外一种可以稀释地表水的放射性碳含量的现象。在世界某些地区，特别是赤道地区，深水向上移动。这种现象通常由信风导致，具有纬度依赖性。海岸线形状、当地的气候和风能，以及海洋底部的地形也是形成上升流的因素。深水的缓慢混合以及上涌意味着海洋的表层水的外观放射性碳年龄与大气相关。

淡水贝壳可能不会受到海洋效应的影响，但它们很容易受到硬水效应的影响，硬水效应是远古碳酸钙溶解产生的钙离子现象。虽然硬水效应的大小与钙离子的数量无直接关系，但是钙离子的存在与碳14的枯竭正好一致。硬水效应可以解释放射性碳定年结果有几百年差异的原因。

硬水效应也会影响沉积在像河口这样含有丰富碳酸盐的淡水区域的海洋贝壳。如果有机体一直生活在碳酸盐丰富的地区（例如白垩地），则蜗牛壳等陆地贝壳也会受到硬水效应的影响。

加速器质谱实验室的分析员必须了解可能影响任何特定贝壳类样品的碳库效应，这样他们就可以知道需要的年龄补偿。加速器质谱实验室通过假设放射性碳含量一直没有变化，以及通过测定在20世纪50年代和60年代的核武器试验之前从同一地点收集到的同一种类的已知年龄的贝壳来量化海洋和硬水库效应。

贝壳污染

将样品提交给加速器质谱实验室进行碳十四测年前需考虑的因素之一是有机体吸收碳时的当地环境。加速器质谱实验室分析员必须知道贝壳类样品可能接触到的污染物种类。

任何接触后可以改变贝壳类样品的碳14含量的含碳物质都是污染物。这意味着，碳酸钙、土壤腐殖物质以及土壤二氧化碳都是潜在的污染物。进行放射性碳测年的贝壳类样品的最常见的污染物是那些由同位素交换和再结晶造成的污染物。

加速器质谱实验室在进行碳14测年之前需进行预处理，以去除所有可能会导致结果不准确的污染物。

加速器质谱实验室对贝壳的预处理

贝壳在碳测年之前进行的物理预处理不使用任何化学品以及不粉碎样品，即去除贝壳的所有可见污染物。

用牙钻和砂纸去除贝壳的外层，隔离出用于加速器质谱放射性碳定年的分析物文石。再结晶的方解石，即污染物，是白色的白垩质，容易用钻去除。

加速器质谱实验室分析员在研钵和杵中粉碎贝壳类样品，以增加进行预处理之前的表面面积。

加速器质谱实验室采用的化学预处理用稀酸，通常是盐酸（HCL），清洗贝壳，去除贝壳的外层部分和方解石成分。