放射性碳素断代

放射性碳素断代（Radiocarbon Dating），利用死亡生物体中碳－14不断衰变的原理进行断代的技术。它是考古上应用最广泛的一种测定年代的方法。1949年开始实际用于考古年代测定。一般适用的范围在5万年以内。美国芝加哥大学 W.F.利比(1908～1980)教授是本方法的奠基人。

原理

放射性碳素（碳－14，14C）断代法所根据的原理是：宇宙射线同地球大气发生作用产生中子，中子同大气中氮（氮－14）发生核反应，产生放射性同位素碳－14。碳－14与氧结合形成14CO2混入大气二氧化碳中，通过光合作用被植物吸收成为养料。动物都直接或间接地依赖植物生存，因此所有生物体内都含有碳－14。而碳－14又不断地衰变为非放射性的氮－14，其半衰期为5730±40年。生物在死亡之前身体中碳－14的浓度与大气中的碳－14浓度保持着平衡。但这些含碳物质一旦停止与大气交换，例如生物死亡，碳-14就只能按衰变规律减少。因此只要测出标本中碳-14减少的程度，就可以推算出它死亡的年代。一切死亡的生物残体中的有机物以及未经风化的贝壳都可用来测定年代。

误差的校正

这个方法的一个基本假定是大气中碳-14浓度自古以来保持不变。现在根据树木年代学和碳－14年代对比的结果，确知大气中的碳-14浓度实际上是有起伏的。因而碳－14年代与真实年代存在差距。年代越早偏差越大。因此碳－14年代必须经与树轮年代（见树木年轮断代）对比校正，才接近于真实年代。

公布碳－14年代数据时，距今年代国际上统一以公元1950年为起点。计算碳－14年代有两种半衰期值，原来使用的半衰期是5568±30年，后来修正为5730±40年。为了避免混乱，碳－14国际会议建议仍用5568±30年的半衰期值。然而不管用哪个半衰期值，经树轮年代校正后结果是相同的。所有碳－14年代数据都标有标准偏差，意即真实年代实际上只有68％的机率在此数据范围内。由于各种因素都可能引起偶然误差，因此单独一个数据把握性不大，一系列的数据则比较可信。

应用和发展

各国实验室已提供了数以万计的碳－14年代数据，为世界各国、各地区的史前研究奠定了绝对时标基础，对史前考古学起了推动革新的作用。中国1965年开始应用碳－14方法测定考古年代，提供了近千个数据，从而建立了旧石器时代晚期以来的史前年代序列。碳-14方法也可用于地学年代的测定，为研究晚更新世以来的地层对比，时代划分，海面升降，海岸线变迁，地貌发育，新构造运动等提供了时间尺度，加上配合孢子花粉分析等，可以研究古代的植被、气候、地理等环境面貌，为恢复数万年以来自然和人类发展的历史提供可靠的依据。

这个方法的具体技术不断得到改进，精度不断提高。最初，W.F.利比将标本制备成固体碳，使用栅壁式计数管测定碳-14的衰变率，可测的年代上限为2.5万年。后来发展为气体正比计数管方法和液体闪烁计数器方法测定衰变率，可测的年代上限为5万年。在对标本的碳-14进行人工浓缩以后再进行测定，可测的年代上限能伸延到7万年。近年来试验超高灵敏质谱计技术，对标本进行改变常规的碳-14原子计数的衰变计数法，灵敏度大为提高，且仅需样品碳量数十毫克，理论上有希望将测定的年代上限扩展到10万年。