放射性碳年代測定法可以用來確定曾經生存的事物的考古遺跡的年代，例如骨頭和木頭的樣本。圖片來源：Stevica Mrdja / EyeEm / Getty Images

您會在有關古生物學和考古學的故事中經常聽到它：“木頭是用放射性碳測年法定年的”，“巖石是在1億年前定年的”。輻射測年實際上是什么意思?什么樣的測年方法可以用來測定哪些物品?

什么是輻射測年?

放射性測年法是根據放射性同位素的存在來確定事物的年齡的方法，可能是木制的人工制品，巖石或者化石。

放射性測年的基本邏輯是，如果將樣品中放射性同位素的存在與其在地球上的已知豐度及其已知的半衰期(其衰變率)進行比較，就可以計算出樣品的壽命。

輻射測年有助于發現古代事物的年代，因為許多放射性物質的衰變速度很慢。

什么是放射性衰變?

放射性原子是不穩定的，從而導致同位素或元素的不同。原子的一半衰變所需的時間稱為“半衰期”。

我們知道地球上發現的放射性同位素的半衰期，因此我們可以追蹤物體中放射性物質的衰變時間，以及自物體形成以來已經衰變了多長時間(在一定誤差范圍內)。

一些放射性物質會分解為具有放射性的子產品，并具有自己的半衰期：其結果稱為“衰變鏈”，最終會分解為非放射性物質。

輻射測年的類型

放射性碳(¹⁴C) 測年

您應該聽說過“碳定年”，這是大多數考古學家常用的非常常用的方法，因為它只能標注相對較新的資料。

放射性碳定年是可能的，因為所有生物都從其環境中吸收碳，其中包括少量的放射性同位素¹⁴C，該放射性同位素¹⁴C是由宇宙射線轟擊¹⁴N形成的。

當動物或植物死亡時，它將不再吸收碳，存在的¹⁴C將開始衰減。因此，我們可以通過比較¹⁴C的存在與已知的半衰期來測量動物或植物死亡以來的時間。

例如，當一個社會使用一塊數百年前被砍伐的木頭時，這可能會增加考古學的復雜性。還存在一些問題，因為隨著時間的推移，宇宙射線對行星的轟擊速度并不總是穩定的：但是這個問題在很大程度上可以通過校準因子來解決。

放射性碳年代測定法不適合超過50,000年的年代測定，因¹⁴C會迅速衰減(其半衰期為5,730年)，因此在較舊的物體中不會以可測量的足夠量的量存在。

最近，澳大利亞科學家使用放射性碳年代測定法來確定巖石藝術中黃蜂巢的年齡，從而確定了該藝術的日期范圍。

鉀氬和氬氬測年

鉀-氬定年法是一種通過測量巖石中放射性氬與放射性鉀的比值來計算巖石年齡或巖石形成時間的方法。

放射性鉀(⁴⁰K –固體)以已知的速率分解為放射性氬(⁴⁰Ar –氣體)。當火山巖形成并冷卻后，巖石中的所有氬都會釋放到大氣中，而當巖石變硬時，任何氬都無法重新進入。

這意味著火山巖中存在的任何氬氣一定都是由放射性鉀的衰變產生的，因此測量比例可以使科學家確定樣品的日期。

這種方法是有限的，因為它僅適用于火山巖，但對于較舊的考古學卻有用，因為它的日期范圍大約在43億到100,000年前。

但是，鉀氬定年法存在潛在的問題。例如，由于高靜水壓力，深海玄武巖在形成后會保留一些氬氣，其他巖石可能會在形成過程中摻入較舊的“富氬”材料。

氬氬定年是一種基于原始K-Ar定年技術的更新方法，該方法使用核反應堆的中子輻照將穩定形式的鉀轉化為氬同位素³⁹Ar，然后測量⁴⁰Ar與³⁹Ar。

氬氬定年法被用來確定重寫我們對早期人類素進化的理解的南方古猿露西生活在大約318萬年前。

鈾-鉛定年

該技術涉及測量鈾同位素(²³⁸U 或 ²³⁵U)與穩定鉛同位素²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb 和 ²⁰⁸Pb的比率。它可以用來確定45億歲到100萬歲之間的年齡。人們認為這種方法特別準確，誤差范圍可以小于200萬年-在數十億的時間范圍內還不錯。

U-Pb測年可以用來對很老的巖石進行測年，并且具有自己的內置交叉檢查系統，因為可以使用“協和圖”比較²³⁵U與²⁰⁷Pb的比值和²³⁸U 與²⁰⁶Pb的比值，其中，沿著與樣品壽命曲線相交的直線繪制了樣品。

U-Pb測年通常是在含鋯石的火成巖上進行的。它已用于確定古代原始人的年齡，以及裂變徑跡約會。

裂變徑測年

該方法涉及檢查一塊巖石的拋光表面，并計算由于²³⁸U 雜質的自發裂變而留下的痕跡(或“痕跡”)的密度。

必須知道樣品中的鈾含量；這可以通過以下方法來確定：將塑料膜放在拋光的切片上，然后用慢速中子(低動能的中子)轟擊它。轟炸產生了新的曲目，可以將其數量與原始曲目的數量進行比較以確定年齡。

這種方法可以使天然存在的礦物質和人造玻璃過時。因此，它可用于非常古老的樣品(如隕石)和非常年輕的樣品(如考古文物)。

裂變徑跡測年鑒定該Brahin石鐵隕石，隕石中發現了19個世紀在白俄羅斯，俄羅斯-板坯這些都成為收藏家項- 4.26-4.2十億年前經歷了最后一次密集的熱事件。“X”

氯36測年

該方法涉及計算非常稀有的同位素氯-36(³⁶Cl)的流行度，該同位素可通過大氣中轟擊氬原子的氣體在大氣中產生。它用來約會非常古老的地下水，大約有100,000至100萬年的歷史。

氯36也在1952年至1958年的核武器爆炸期間被大量釋放。它在大氣中停留約一周，因此從1950年代起也可以標記年輕的地下水。

發光測年

發光測年方法在技術上不是輻射測量法，因為它們不涉及計算放射性同位素的比率。但是，它們確實使用放射性物質。

這些方法可以將晶體材料加熱到最后一次加熱，無論是人為燃燒還是日光照射。這是可能的，因為沉積物中的礦物顆粒會隨時間吸收電離輻射，從而將顆粒帶入“電子陷阱”中。暴露在陽光或熱量下會釋放這些物質，從而去除樣品中的電荷。

使用光(光激發的發光)或熱(熱釋光)來刺激材料，這會導致從物體釋放信號，其強度可以衡量掩埋材料后吸收了多少輻射–您知道墓地的背景輻射量。

這種方法可以日期考古材料，如陶瓷，和礦物，如熔巖流和石灰巖。它的正常范圍是幾十年到100,000年，但是一些研究已經使用它來識別更老的東西。

其他類型的輻射測年

迄今為止，還可以測量其他幾種放射性同位素的比率，包括釤-釹，銣-鍶和鈾-釷。這些中的每一個都有自己的優勢和特質，但是它們依靠相同的放射性邏輯來工作。