碳12是怎么鑒定出物品的年代的?
一、碳12是怎么鑒定出物品的年代的?
應(yīng)該是利用其衰變期來(lái)測(cè)定的。
二、用碳14年代測(cè)定法的事件
美國(guó)芝加哥大學(xué)化學(xué)家利比研究分析后發(fā)現(xiàn),在自然界,由化學(xué)元素組成的物質(zhì)分為兩大類,一類是無(wú)機(jī)化合物;第二大類是有機(jī)化合物,它主要由碳、氫、氧三種元素組成。動(dòng)物和植物等有生命的物質(zhì)的體內(nèi)存在著大量的有機(jī)化合物。那么,應(yīng)該選擇有機(jī)化合物組成中的哪一個(gè)元素呢?首選當(dāng)然是碳,因?yàn)樵诠糯倪z物和遺址中,隨著時(shí)間的推移,有機(jī)化合物中的氫和氧是要變成水分而丟失的,只有碳這個(gè)元素是能夠永存下去的。選擇碳的另一個(gè)原因是碳這個(gè)元素存在著碳14這個(gè)放射性同位素。那么,天然有機(jī)化合物和動(dòng)植物體內(nèi)為何會(huì)存在碳14呢?研究發(fā)現(xiàn),宇宙射線從太空不斷轟擊大氣層,這種轟擊會(huì)使大氣層中部分普通的碳原子形成放射性碳原子。利比認(rèn)為,當(dāng)植物活著的時(shí)候,由于不斷地進(jìn)行光合作用,二氧化碳(包括碳12和碳14)不斷地進(jìn)入植物體內(nèi),植物被動(dòng)物吃掉,碳14又進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)。因此動(dòng)植物體內(nèi)的碳14的含量是不斷變化的。但是,一旦植物或動(dòng)物死亡了,植物不再吸收大氣中的二氧化碳,動(dòng)物也不再吃植物了。于是,動(dòng)植物在死亡以后的年代里,因碳14是放射性同位素,仍在繼續(xù)不斷地進(jìn)行衰變,因此死亡動(dòng)植物體內(nèi)的碳14的含量在一天天地減少。碳14的量是可以通過(guò)測(cè)量其放射性確定下來(lái)的。碳14的半衰期為5730年,即經(jīng)過(guò)5730年以后,碳14的量只剩下一半。放射性碳測(cè)定年代法是最常用的考古方法,它所能斷定的年份最久的達(dá)50000年。
三、如何用c-14的半衰期測(cè)某物質(zhì)的年齡
如何用c-14的半衰期測(cè)某物質(zhì)的年齡
由于其半衰期達(dá)5,730年,且碳是有機(jī)物的元素之一,生物在生存的時(shí)候,由于需要呼吸,其體內(nèi)的碳14含量大致不變,生物死去后會(huì)停止呼吸,此時(shí)體內(nèi)的碳14開(kāi)始減少.人們可透過(guò)傾測(cè)一件古物的碳14含量,來(lái)估計(jì)它的大概年齡,這種方法稱之為碳定年法.研究發(fā)現(xiàn),宇宙射線從太空不斷轟擊大氣層,這種轟擊會(huì)使大氣層中部分普通的碳原子形成放射性碳原子.利比認(rèn)為,當(dāng)植物活著的時(shí)候,由于不斷地進(jìn)行光合作用,二氧化碳(包括碳12和碳14)不斷地進(jìn)入植物體內(nèi),植物被動(dòng)物吃掉,碳14又進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi).因此動(dòng)植物體內(nèi)的碳14的含量是不斷變化的.但是,一旦植物或動(dòng)物死亡了,植物不再吸收大氣中的二氧化碳,動(dòng)物也不再吃植物了.于是,動(dòng)植物在死亡以后的年代里,因碳14是放射性同位素,仍在繼續(xù)不斷地進(jìn)行衰變,因此死亡動(dòng)植物體內(nèi)的碳14的含量在一天天地減少.碳14的量是可以通過(guò)測(cè)量其放射性確定下來(lái)的.碳14的半衰期為5730年,即經(jīng)過(guò)5730年以后,碳14的量只剩下一半.放射性碳測(cè)定年代法是最常用的考古方法,它所能斷定的年份最久的達(dá)50000年.
四、如何取碳14樣,測(cè)年齡
碳14 是碳元素的3中同位素之一(C-12,C-13,C-14)。碳14 每5730年衰變?yōu)橐话耄髿庵械奶?4也一樣會(huì)衰變減少,但同時(shí)宇宙射線會(huì)導(dǎo)致其他元素轉(zhuǎn)變?yōu)樘?4,這兩種左右會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡,因此古代大氣中的碳14是相對(duì)恒定的(近代化石燃料的使用導(dǎo)致了近代以來(lái)碳14的稀釋),由于活的生物體與大氣有有機(jī)質(zhì)(含碳)的交換,活生物體的碳14含量應(yīng)相當(dāng)于大氣中的水平,生物體死亡后,碳14繼續(xù)衰變減少,而沒(méi)有大氣中碳14的補(bǔ)充進(jìn)入,因此會(huì)持續(xù)減少,根據(jù)余留碳14 的含量,可以估算出其有機(jī)質(zhì)文物的時(shí)代(實(shí)際是有機(jī)體死亡時(shí)代)。測(cè)量碳14在3種碳同位素中的含量,通常有常規(guī)法和加速器質(zhì)譜儀兩種方法,現(xiàn)在多用后者,一般只需要含幾毫克碳的有機(jī)質(zhì)樣品,國(guó)內(nèi)有多加研究機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)室可以進(jìn)行碳14測(cè)年,但樣品排隊(duì)周期較長(zhǎng)。碳12 、碳13 是碳的穩(wěn)定同位素,不會(huì)衰變。
五、那些文物或遺址怎么知道它已經(jīng)多少年了
相對(duì)年代:指各種遺跡和遺物在時(shí)間上的先后關(guān)系
對(duì)于文物的斷代,主要指針對(duì)陶器、瓷器、青銅器、金銀器等等一類使用周期短、變化較明顯,具有不同時(shí)代風(fēng)格(style)的器物進(jìn)行類型學(xué)上的分析。但需要注意的是,類型學(xué)所指的是邏輯發(fā)展序列和相互關(guān)系,西周早期可能有商晚期風(fēng)格的青銅器,這可能是由于周人將商人的工匠所俘獲,制造的青銅器帶有商代風(fēng)格。但此時(shí)在歷史時(shí)期中已進(jìn)入西周時(shí)期,斷代時(shí)就不能說(shuō)這是商代的青銅器了,只能說(shuō)具有商代風(fēng)格。
但需要注意的是,類型學(xué)的作用不僅僅是在研究器物演變規(guī)律,還能夠分析不同區(qū)域不同文化間的文化特征及相互間關(guān)系。
絕對(duì)年代:指器物距今年代。(需要注意的是國(guó)際上公認(rèn)的距今所指的“今”,是1950年為標(biāo)準(zhǔn))
這里要提的主要就是C14測(cè)年:
碳14是碳元素的一種具放射性的同位素,于1940年2月27日有加州大學(xué)伯克利分校放射性實(shí)驗(yàn)室的馬丁·卡門(mén)和薩姆·魯本首被發(fā)現(xiàn)。它是透過(guò)宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產(chǎn)生。碳-14原子核有6個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子組成。其半衰期約為5,730±40年,衰變方式為β衰變,碳14原子轉(zhuǎn)變?yōu)榈?14原子。由于在有機(jī)材料中含有碳-14,因此根據(jù)它可以確定考古學(xué),地質(zhì)學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)樣本的大致年代。
在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在,有大約1%的碳以碳-13的形式存在,只有兆分之一(0.0000000001%)是碳-14,存在于大氣中。
由于其半衰期達(dá)5,730年,且碳是有機(jī)物的元素之一,我們可以根據(jù)死亡生物體的體內(nèi)殘余碳14成份來(lái)推斷它的存在年齡。生物在生存的時(shí)候,由于需要呼吸,其體內(nèi)的碳14含量大致不變,生物死去后會(huì)停止呼吸,此時(shí)體內(nèi)的碳14開(kāi)始減少。由于碳元素在自然界的各個(gè)同位素的比例一直都很穩(wěn)定,人們可透過(guò)測(cè)量一件古物的碳14含量,來(lái)估計(jì)它的大概年齡。這種方法稱之為放射性碳定年法。。
這個(gè)方法估計(jì)的大氣碳-14含量通過(guò)植物年輪(最多可推算到大約10000年前)或者洞穴堆積物(例如鐘乳石,最多可推算到大約45000年前)來(lái)推算。根據(jù)這個(gè)推算(更確切的說(shuō))對(duì)比年輪和洞穴堆積物就可以建立起碳-14的年代變化模型,從而獲得其它樣本的年齡。
不過(guò),碳14測(cè)年法最大測(cè)算時(shí)間不超過(guò)6萬(wàn)年,而且所測(cè)得的年代有頗大的誤差。而且他的假定-大氣中的碳14濃度是不會(huì)隨時(shí)間而改變,也與事實(shí)有落差。此外,碳14測(cè)定法亦有可能受到火山爆發(fā)等自然因素影響,因?yàn)樵诨鹕絿姲l(fā)時(shí)將地下大量氣體和物質(zhì)帶到大氣中,從而影響碳-14在某區(qū)域大氣中的含量。所以,若沒(méi)有其他年代測(cè)定方法(如:利用樹(shù)木的年輪)來(lái)檢訂,單單依賴碳14的測(cè)年數(shù)據(jù)是完全不可靠的。隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和大量化石燃料的應(yīng)用,古代深藏地下的碳-14被排放到大氣中并進(jìn)入生物循環(huán),放射性碳定年法的結(jié)果因此也十分容易受到干擾。
誤差:
目前運(yùn)用(AMS)加速器質(zhì)譜測(cè)年:一是樣品用量少,只需1~5毫克樣品就可以了,如一小片織物、骨屑、古陶瓷器表面或氣孔中的微量碳粉都可測(cè)量;而常規(guī)碳——14測(cè)年法則需1~5克樣品,相差3個(gè)數(shù)量級(jí)。二是靈敏度高,其測(cè)量同位素比值的靈敏度可達(dá)10-15至10-16;而常規(guī)碳——14測(cè)年法則與之相差5~7個(gè)數(shù)量級(jí)。三是測(cè)量時(shí)間短,測(cè)量現(xiàn)代碳若要達(dá)到1%的精度,只需10~20分鐘;而常規(guī)碳——14測(cè)年法卻需12~20小時(shí)。
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