放射性與考古

1、放射性與考古李樹祥高二的同學(xué)都知道，在我們剛剛學(xué)過的第十二章物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的第二節(jié)物質(zhì)的放射性及其應(yīng)用中，講到了放射性的應(yīng)用有二：一是利用放射性元素放出的射線，二是放射性同位素作為示蹤原子。實(shí)際上，放射性還有一個(gè)重要的應(yīng)用，即利用放射性進(jìn)行考古。說到放射性，就要提到半衰期，高二課本中只是講到，原子核自發(fā)的放出某種粒子而變?yōu)榱硪环N原子核的過程，叫做原子核的衰變。而在拓展型課本中才提到這種衰變是有快慢的，并規(guī)定放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，叫做這種元素的半衰期。放射性元素的半衰期只由原子核內(nèi)部的因素決定，而與原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。一種放射性元素，無論它是以單質(zhì)形態(tài)還是以化合物

2、形態(tài)存在，是否對(duì)它加壓、加溫或其它任何處理方式，都不能改變它的半衰期。由此，我們就可以利用半衰期的這種性質(zhì)來進(jìn)行考古了。在考古中，一般使用碳十四測(cè)年法，此法又稱放射性碳素?cái)啻?，還可以寫成測(cè)年法等，碳十四測(cè)年法之父是個(gè)美國人，名叫利比（）。他是個(gè)著名的物理化學(xué)家、放射化學(xué)專家、熱原子化學(xué)、示蹤技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)專家。利比在年的時(shí)候創(chuàng)立了用放射性碳十四（）測(cè)定年代的方法，這個(gè)方法在考古學(xué)上中得到了廣泛的應(yīng)用。我們都知道，碳是自然界中廣泛存在的元素，占地殼重要組成的1；8天%然碳有三種同位素，即碳十二、碳十三、碳十四，人工還可以合成碳的同位素。這其中，只有碳十四才具有放射性。碳十四在自然界含量極

3、少，而且半衰期很長；它也是碳的最穩(wěn)定、最重要的同位素。碳十四的半衰期為57、年0，即每經(jīng)過57、年會(huì)有一半的碳十四發(fā)生了衰變，再經(jīng)過57、年0，剩下的一半碳十四又會(huì)有一半發(fā)生衰變，這時(shí)候就只剩下原來的1/了4。自然界中碳十四是高能宇宙射線從外層空間進(jìn)入地球時(shí)轟擊上層大氣分子產(chǎn)生大量的中子，這些中子與大氣中的氮通過核反應(yīng)產(chǎn)生的。碳-1不4僅存在于大氣中，而且隨著生物體的吸收代謝，經(jīng)過食物鏈進(jìn)入活的動(dòng)物或人體等一切生物體中。由于碳-1一4面在生成，一面又以一定的速率在衰變，致使碳-1在4自然界中（包括一切生物體內(nèi)）的含量與穩(wěn)定同位素碳-1的、含量的相對(duì)比值基本保持不變。生物活著的時(shí)候，個(gè)體與自然界

4、循環(huán)，交換物質(zhì)，碳-1在4體內(nèi)的豐度和自然界里是一樣的。當(dāng)生物體死亡后，新陳代謝停止，由于碳-1的4不斷衰變減少，因此體內(nèi)碳-1和4碳-1含、量的相對(duì)比值相應(yīng)不斷減少。通過對(duì)生物體出土化石中碳-1和4碳-1含、量的測(cè)定，就可以準(zhǔn)確算出生物體死亡（即生存）的年代。例如某一生物體活著時(shí)，體內(nèi)碳的質(zhì)量應(yīng)為克，死后成為化石，此生物體化石出土后，實(shí)際測(cè)得體內(nèi)碳-1的4質(zhì)量只有克的八分之一，根據(jù)半衰期可知生物死亡已有了個(gè)年了，即已死亡了一萬七千一百九十年了。由于碳-1含4量極低，而且半衰期很長，所以用碳-1只4能準(zhǔn)確測(cè)出萬年以內(nèi)的出土文物，對(duì)于年代更久遠(yuǎn)的出土文物，如生活在五十萬年以前的周口店北京猿人，利

5、用碳-1測(cè)4年法是無法測(cè)定出來的。不走運(yùn)的是，隨著歲月的推移，大氣中碳十四的含量還可能會(huì)有輕微的改變（諸如太陽黑子爆炸、火山噴發(fā)等）；所以碳十四半衰期還要按照具體的年代進(jìn)行修訂，一般運(yùn)用樹輪曲線來修訂，這是因?yàn)闃淠旧L時(shí)，它的樹桿每一年都長一輪（樹輪或年輪）。每棵樹的截面上，都可以看到一圈又一圈的年輪。數(shù)出多少個(gè)年輪，就可知樹齡有多少年。實(shí)際上，從這棵大樹的不同年輪取樣作碳十四測(cè)年，所得的碳十四年代與樹輪的實(shí)際年代還是有差別的；它們的實(shí)際差距在200年0內(nèi)基本是一致的，但是到五、六千年前就有不小的差距了。因此，各國的科學(xué)家們?cè)跍?zhǔn)確測(cè)定樹木年輪的年代之后，將碳十四年代與精細(xì)的樹輪年代學(xué)方法進(jìn)行比較，從中找到了誤差的規(guī)律，再用樹輪對(duì)碳十四年代作了精確校正，這就是樹輪曲線和樹輪校正的方法?，F(xiàn)在已經(jīng)可以用近萬年的樹輪，去校正碳十四測(cè)定的年代。196年5問世的樹輪校正曲線幾經(jīng)改進(jìn)，綜合100多0個(gè)由不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的數(shù)據(jù)，建立了統(tǒng)一的曲線和表。199年8建立的年代校正曲線，是目前被國際通用的數(shù)據(jù)。另外，除了碳十四測(cè)年法外，還有鈾鉛