1.年代測(cè)定的原理
14C是碳的一種放射性同位素,半衰期約五千七百年。它是宇宙射線和大氣相互作用的產(chǎn)物,成為大氣二氧化碳中碳的同位素組成之一。經(jīng)光合作用被植物吸收而傳播到整個(gè)生物界,并通過(guò)交換滲入一切可與大氣二氧化碳相互交換的物質(zhì)中。在生物體有生命期間,體內(nèi)14C原子一面衰變一面從大氣不斷得到補(bǔ)充,保持一定水平。一旦生物死亡14C來(lái)源中斷,體內(nèi)14C只能按衰變規(guī)律不斷減少。因此只要測(cè)出古遺址或古物中含碳物質(zhì)的14C減少程度,就可推算出遺址遺物的年代。
2.年代測(cè)定需影響因素
為獲得與歷史事實(shí)相符的年代,需考慮多種因素:
2.1統(tǒng)計(jì)誤差和實(shí)驗(yàn)誤差
樣本年代公式為:
? No:測(cè)量生物生長(zhǎng)期間的原始放射性
? NA:標(biāo)本殘存的放射性
? Nφ:設(shè)備和環(huán)境引入的本底放射性
因No,NA,Nφ的統(tǒng)計(jì)誤差將產(chǎn)生年代誤差ΔA,其公式為:
? T:總測(cè)量時(shí)間
? τ:14C原子的平均壽命。
2.2 同位素分提效應(yīng)
同位素的分提效應(yīng)是指碳的三種同位素12C、13C、14C在熱運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)不同,致使各類物質(zhì)中14C含量就不同,這樣按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)算出的14C年代就會(huì)有偏差。一般考古應(yīng)用中可以根據(jù)現(xiàn)有研究成果對(duì)各類物質(zhì)進(jìn)行校正。
2.3現(xiàn)代碳標(biāo)準(zhǔn)和樹(shù)輪年代校正
由于上世紀(jì)的人為干擾,如工業(yè)**后大量燃燒煤及石油致使大氣二氧化碳、1950年以后大氣核爆炸導(dǎo)致近年來(lái)生長(zhǎng)物質(zhì)的放射性水平都不能代表原始放射性。因此對(duì)于近代的樣品需要進(jìn)行再次矯正。利用樹(shù)輪斷代方法可以對(duì)14C年代進(jìn)行校正。迄今已積累近1200對(duì)以上的對(duì)照數(shù)據(jù)。將全部數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)處理,可作出校正曲線或校正表。
3.標(biāo)本的選擇和生長(zhǎng)環(huán)境的影響
3.1實(shí)驗(yàn)標(biāo)本所需條件
? 含碳
? 應(yīng)當(dāng)是曾與大氣CO2處于交換平衡狀態(tài)的含碳物質(zhì)
? 其停止交換的年代又可以代表需要測(cè)定的遺址或遺物的年代
例如:
植物的莖、葉、種子,動(dòng)物的皮、毛、骨骼,其死亡年代又與遺址活動(dòng)年代有關(guān)的
古代房址中房梁、門板、木柱;器物上的木柄、木蓋,竹繩、竹筐
儲(chǔ)藏在罐內(nèi)的糧食種子
墓葬里棺木、木炭,隨葬品中供品(鮮果、菱角之類),絲綢
以及被埋的人骨,獸骨;原始人類食用的貝殼,佩帶的貝飾等
灰坑里當(dāng)時(shí)被棄的木塊、炭屑等等
古代燒制的含稻谷的陶片,尚未燃盡的木屑、炭粉,甚至當(dāng)時(shí)沉積的淤泥、泥炭等
古代建筑物的墻面地面如使用了人工燒制的石灰,由于吸收了當(dāng)時(shí)大氣中CO2而成為CaCO3保留至今,其中所含碳也能代表古建筑的年代
古代冶煉鐵器用了木炭,鐵器中所含碳也能代表冶煉年代
3.2 樣本采集量
一般需要7~10克純碳(經(jīng)實(shí)驗(yàn)室制備后得6~8克碳)。木質(zhì)品含碳量一般在30%左右,骨制品則為3%左右,所以應(yīng)盡可能多的采集樣本。
測(cè)量時(shí)需注意:
(1)測(cè)量時(shí)間越長(zhǎng),年代誤差越小。
(2)14C法可測(cè)年代的上限,通常是4—5萬(wàn)年左右。
(3)標(biāo)本量不足時(shí)總計(jì)數(shù)率小,使誤差增大。
本底計(jì)數(shù)率Nφ和現(xiàn)代碳計(jì)數(shù)率No決定于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的低本底和高效率性能以及容納的標(biāo)本量。通常采用 作為設(shè)備的質(zhì)量指標(biāo)。
4.樣本的前處理
我們建議使用來(lái)自US based company 的14Culp苯合成器來(lái)進(jìn)行樣本的前處理。該設(shè)備如圖5.1所示:
處理后的樣本放入Hidex 300SL中進(jìn)行14C放射性的測(cè)量。
5.樣本14C的測(cè)定
Hidex 公司生產(chǎn)的300SL低本底液閃儀采用三相兩兩符合(TDCR)的計(jì)數(shù)方式,3個(gè)PMT在同一平面上互成120度夾角,接收樣品在閃爍液中產(chǎn)生的光子。TDCR計(jì)數(shù)的*大優(yōu)勢(shì)就是能簡(jiǎn)單并且直觀的獲得計(jì)數(shù)效率,極大限度減少外界宇宙及內(nèi)部樣本的輻射的干擾。
6.我國(guó)利用14C測(cè)定年代的案例
6.1仰韶文化遺址
陜西寶雞北首岑遺址包括有仰韶早中晚類型,中期與西安半坡類型相當(dāng)。經(jīng)14C測(cè)定肯定了西安半坡類型遺址早于廟底溝類型遺址,可以肯定仰韶文化早在七千年前就開(kāi)始出現(xiàn),延續(xù)時(shí)間將近2000年。此后的龍山文化延續(xù)將近1000年。
過(guò)去裴李崗文化類型的器物考古上早有發(fā)現(xiàn),但未發(fā)現(xiàn)地層疊壓關(guān)系?,F(xiàn)經(jīng)14C多次測(cè)定已肯定河北磁山、河南裴李崗文化都屬于較仰韶文化更早的新石器早期文化類型。
6.2 其它遺址年代測(cè)定
遼寧沈陽(yáng)北陵,浙江余姚河姆渡,山東騰縣北辛,廣西甑皮巖等經(jīng)14C測(cè)定都是屬于六千年前的文化遺址。