科学家绘制出更精准放射性碳定年曲线

2020年08月14日 14:56 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,得益于一个国际科学家团队展开的放射性碳定年重大重新校准工作后,人们对古代历史的看法将变得更加清晰。这项为期7年的全球研究使用了来自各种来源的近1.5万份样本,并由此绘制出了全新的、更精确的校准曲线从而能够更加精确地测定55000年前的物体年代。

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放射性碳定年法是由诺贝尔奖得主威拉德·利比于1949年首次发明,之后它成为了考古学家和地球科学家最有力的工具之一,它可以让他们直接测定数万年前的物体的年代。这项技术则是基于这样一个事实:地球的大气层不断受到宇宙射线的冲击,其中一些射线会跟氮原子发生相撞并将其转化为放射性同位素碳-14。除了具有放射性之外,碳-14跟更常见的、稳定同位素碳-12一样,会被活的动植物以几乎完全相同的方式吸收。这意味着,从理论上讲,这两种同位素的比例能保持不变。

当一种植物或动物死亡时,它就会停止吸收碳,碳-12和碳-14的比例就会开始缓慢发生变化。跟所有放射性元素一样,碳-14以固定的速率衰变,其半衰期约为5730年,所以每过5730年,残留物中碳-14的含量就会变成植物或动物死亡时的一半。这意味着,如果能测量这个比率的变化则就能像一个放射性时钟一样显示出遗骸或由它们构成的某些物体的年龄。

在过去的几十年里,通过引入同位素浓度、质谱和粒子加速器年代测定等技术,这项技术得到了进一步的改进,从而使得科学家能对几千年前从15克缩小至毫克级别的样品进行年代测定。

然而不幸的是,放射性碳定年法并没有那么简单,它还得面对一个绊脚石,那就是碳-14和碳-12的比例在整个大气或整个时间中都不是恒定不便的。太阳活动的变化会改变一代碳14抵达地球的宇宙射线数量、火山则能向大气中排放大量的碳-12、植物会在光合作用中吸收不同的同位素、工业革命把更多的化石碳排放到环境中、在20世纪40年和80年代之间的大气核武器试验则提高了碳-14的水平。

由于这些及其他因素,同位素水平在南北半球和海洋浅层之间以及在不同的时间都有所不同。为了弥补这一点,科学家们使用了许多不同的定年方法来产生校准曲线。首先则是将埃及墓穴中的放射性碳数据跟被仔细记录的法老统治时期进行比较。然后,使用树木年代学或树木年轮测年法计算出某一已知年龄的木块年轮从而制作出可追溯到数千年前的浮动年表。当发现树木停止生长、年轮就不再吸收碳时,科学家们就有了一个自我校准的样本,由于能使用非常小的样本,所以这个样本可以缩小到一年时间。

这使得放射性碳定年法变得可行,然而它仍旧会留下很大的误差范围。为了解决这个问题,一个由来自贝尔法斯特大学、谢菲尔德大学、布里斯托尔大学、格拉斯哥大学、牛津大学、圣安德鲁斯大学、英格兰历史大学的科学家组成的国际研究小组不仅对漂浮树木年轮年表的15000个样本进行了研究并且还对湖和海洋沉积物、洞穴沉积物进行研究以此来获得更精确的两半球和前海环境的校准曲线。此外,他们还运用统计分析方法对曲线进行了细化处理。

这个名为IntCal的七年计划绘制出了三条重新校准的放射性碳定年曲线--一条用于北半球,一条用于南半球,还有一条则用于海洋环境。每一个都追溯到55000年前,在连续的时代里只有一个标准差。这些设计不仅可以帮助考古学家还可以帮助政府间气候变化专门委员会(IPCC)的地球科学家以及那些负责保护和修复历史遗迹的人。

相关研究报告已发表在《Radiocarbon》上。

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