检测文物年代的同位【pinyin：wèi】素 文物年代的测定用什么元素？

文物年代的测定用什么元素？用碳-14同位素测年法.这是目前为止，世界通用的用来鉴定一种物体形成年代的方法！考古学中经常用到的碳十四测年断代的原理是什么？这段时间全国上下都在讨论诺贝尔奖，题主说的「碳十四断代」也就是「碳-14测试法（Carbon-14 dating）」，这也是一个诺奖成果，他是美国制造原子弹-「曼哈顿工程」的产物

文物年代的测定用什么元素？

考古学中经常用到的碳十四测年断代的原理是什么？

获奖的正是这位「脑上无毛，聪明绝顶」的大《拼音：dà》哥，详情可google：1960年诺贝尔化学奖得主——威拉得·弗兰克·利比（Willard Frank Libby，1908年12月17日－1980年9月8日）。这个问题涉及粒子物理学和化学，我想了下，像知乎【练：hū】一《pinyin：yī》样贴一大堆公式和术语，让人不明觉厉，我认为没什么意义，在这里可能根本就没人看。

所以，我只能说我尽量简单的讲，尽量不用术语和方程，大家知道一个大概原理就够了。

放射性元素的「半衰期」

（根据爱因《拼音：yīn》斯塔的质能方程：衰变释放能量，会(繁：會)有质量亏损。）我们小学课文都学过，放射性元素是居里夫人和她老公发现的。

居里夫人发现的[拼直播吧音：de]放射性元素「钋、镭」。

假设(繁体：設)：

现在有一（读：yī）个样本物(pinyin：wù)质，里面有1万个「镭原子」，在经过1600年后，有5000个原子会衰变为元素「氡」。这1600年就是「镭」的半衰期。

那你肯定{dìng}会问：

为什么不[bù]是「全部衰变的时间」，而要搞一个「半衰时间」？

因为粒子衰变不是确（繁体：確）定性的，是偶然的，是有一个概率的，「半衰期」是一个统计学测量到一个值[zhí]，统计学样本越大越准确，样本（练：běn）少失去了统计学意义。

打个简单的比喻：好比人的死亡是不确(繁：確)定的，现在要测人群的年死亡率：

• 有人选取一个一万人的村子，一年死亡三人，年死亡率是万分之三。

• 有人选取一个三口之家作为样本，三口之家一年内死了一个，死亡率为33% 。

这就如同[繁：衕]，硬币丢得越多，「正、反」出现的概率越接近50%。

因此，我们不可能不知道完全衰变需要多少时间，因为样本越少，就jiù 失去了统计学意义，我们只有选《繁体：選》取大【dà】样本下的粒子半衰期时间。

其实（繁体：實）也可以这么说：理论上【读：shàng】放射性元素全部衰变的时间是无穷大，那么用完全衰变时间就失去《读：qù》了意义。

其实，半衰期这个概念在医药学上也有，你拿任何一种西药(繁：藥)的说明书，上面都有「血药浓度的峰值期」，「半衰期」参数，跟粒子半衰期的原理完全相同，甚至求「半衰期」的公式都{pinyin：dōu}一样。

假设你现在喝了一种药物，之后一小时，在你的血液中的含量达到一个峰值，然后开始渐渐下降《pinyin：jiàng》。假设峰值是每克血有1微克澳门威尼斯人，过一个小时之后，每克血只有0.5微克，这一小时就是这种药物在你体内代谢的半衰期。

你有没有可能测得药物完全代（dài）谢排出（繁体：齣）你的身体？不可能的，可能到你死，这个药物都一些原子存在你体内。样本有限，就失去了统计学意义。

碳元素——碳12、13和碳14及其「半衰期」、相对丰度

• 化学常识1：凡是质子数相同的原子，为同一元素。

• 化学常识2：「同位素」是具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素，它们互为同位素#28Isotope#29。

碳元素有6个质子，反过来说：凡是有6个《繁：個》质子的元素都是碳元素。

目前，自然界中发现的碳同位素从碳8——碳22，一共有十【练：shí】五种之多，也就是这些同位素都有6个质子《pinyin：zi》，区别在中子数《繁体：數》目不同，还有半衰期不同。

如下《拼音：澳门威尼斯人xià》表所示：

引yǐn 自百度百科词条——碳这15种同位素中，碳12、碳13是稳定元素，其他同位素半衰期都很[hěn]短几秒、几微秒，但是唯有「碳14」同学「骨骼清奇」，半衰期竟然有5730年：

同时，从[cóng]上表可【kě】见，地球碳元素中稳定同位素「碳12、碳13」占到了大约99%以上（碳12占到98%以上），其他的同位素忽略不计。地球上「碳14」和「碳12」的原子数目比列大约是1：1百{练：bǎi}亿，

好，我们知道了《繁：瞭》碳12和碳14的化学性质，用图表示：

（用围棋表示碳原子核（读：hé）的中子和质子的数目）

碳14的形成过程

（大气成分：氮（78.084%）、氧（ .946）、 氩（%0.934）、水汽（0.25%）、二氧化碳（0.032%）、 氖（0.0018%）、 氦（0.00052%） 、甲烷（0.0002%）、 氪[练：kè]（0.0001%）、氢（0.00005%）、 氙（0.000008%）、臭氧（0.000001%）、 其《pinyin：qí》他（0.001421%）。）氮元素的原子核为7个质子，最多的同位素就是氮14：7个质子、7个中子，相对丰度为99%。

也就是说氮14在氮【读：dàn】元素中占到99%。

氮14本来是非常稳定的同位素，但是，无时无刻都【dōu】存在的宇宙高能射线，轰击大气中氮14的原子核，这使得氮14失去一个质子，得到了一个中子，产生一个[繁：個]只有一个质子的氢同位素：氕。

那么，这个时候氮14就变成了6个质子，8个(繁体：個)中子的一种新元素。

前面说过：6个质子就是碳，再zài 加8个中子，也就是碳14：

14N7 亚博体育1n0 → 14C6 1H1 所以，碳14本来是是氮家族的人，它当然时刻要认祖归宗，因此碳14特殊的原子结（繁体：結）构，导致它非常的不稳定，它会产生上文说的「β衰变」，然后变回氮14。

• 放出正电子的称为「正β衰变」，放出电子的称为「负β衰变」。在正β衰变中，核内的一个质子转变成中子，同时释放一个正电子和一个中微子；
• 在负β衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子和一个反中微子。此外电子俘获也是β衰变的一种，称为电子俘获β衰变。

生命体与碳元素循环——测年原理

所以【yǐ】，地球上的碳14总会维持在一个相同[tóng]的丰度，前面说过，大约是每一百亿粒碳12原子就[练：jiù]有一粒碳14原子。

我们【men】还知道，地【拼音：dì】球一切生命都是碳基的，生命会新陈代谢《繁体：謝》，生命体会有碳循环：

• 碳-14原子与氧原子形成了二氧化碳，

• 植物的光合作用中吸收二氧化碳制造养分，
• 植物中就有碳-14，动物吃植物。

大自然《拼音：rán》中的碳循环

大气中碳14和碳12的比例是：1：1百【pinyin：bǎi】亿，那么植物纤维也是这样的比例，吃植zhí 物的羊，吃羊的老虎、人，都是这样的比例。

这个丰度，从古至今是不变的。

但是，如果生命体死澳门伦敦人亡了，就【pinyin：jiù】停止了与外界的碳交换循环了。

那么，生命体体内，就有了一个{练：gè}「原子钟」：生[shēng]命体内《繁：內》碳14，每过5730年就会减少一半。

以此类推，减《繁体：減》少八分之一、四分之一都有对应的年数。

计算所[suǒ]用的计算公式稍微说一下：t＝[ln #28Nf/No#29 / #28-0.693#29] x T#281/2#29

• ln ——自然对数 #28natural logarithm#29
• Nf/No —— 古物样本碳14与和活生命体中的碳14的百分比

• T#281/2#29 —— 碳14的半衰期。

所suǒ 以，碳十四测年是有误差的，需要更多碳元素丰度的背景信息{xī}进行校正。如：树木年轮的测年校正。

碳14丰度波动如：科学家发现公元774年至775年间碳14丰度（读：dù）突然飙升，是平时的20倍，这是什么现象导致的，目前还有很多[拼音：duō]争议，大致有伽马射线爆、太阳活动等几种假说。引自：《自然》杂志网站：https://www.nature.com/articles/ncomms9611/figures/2另外，前面说过，如果guǒ 样本中碳14数量不多，也就失去统计学意义。

所以，碳14过十{拼音：shí}个半衰变以后，就没有统计学意义了。

因此，碳十shí 四测年的上限是五、六万【pinyin：wàn】年。一些几十亿年的化《拼音：huà》石，是不能用碳十四测年的。

也就是说：碳14测年【nián】是有局限性的：

碳14测年经典案例

• 夏商周断代工程

• 中国煤炭冶铁的历史

  

• 还有争议很大的——都灵裹尸布

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