在死亡那一刻上弦，核爆居然也可以用來測年
科學家說，地球年齡有45.4億年了。
奇怪，他們怎麼知道的？ 難道地球誕生時有人在現場？
新聞上經常報道，發現了距今多少多少年的某具古屍或者某件古物。
他們又是怎麼知道的？ 難道樓蘭少女玩完的時候他們也在現場？
或者是……
古屍或者古物上都有一個鍾，能明確告訴我們距今多少年？
好一個異想天開！鍾都是人造出來的，且是現代人。
可是……
等等！你敢說自然界就沒有天然的鐘？
科學家說，有！且不止一種！
噢！這都是些什麼鍾呀？可以掛牆上嗎？
水滴里見太陽，原子里看過去
地球上所有的一切都是由一百多種不同類型原子構成的，比如碳原子，鐵原子等。而所有同類型原子的統稱，就叫元素。人還分黃種人黑種人呢。所以元素下面也有分類，如碳元素下就包括三種不同的碳原子，分別是碳12，碳13和碳14。在地球上所有的碳中，碳12約佔99%，碳13約佔1%，而碳14隻佔到百萬分之一左右。
別看碳14的量很微小，卻作用極大，聲名遠播。因為——它就是我們要找的鐘！
古人用的沙漏已變成現代人的裝飾品。
古人用「沙漏」來計時，若瓶子中的沙全部漏完就是一天，那，瓶子中的沙漏掉一半，當然就是半天啦。碳14也跟沙漏一樣，每隔「一段時間」它就會「消失」一半。而這個「一段時間」，就是5730年，科學上通常把5730年稱為碳14的半衰期，把那個「消失」的過程稱為衰變。
不對！假如每隔5730年就有一半發生衰變，那地球上最終會沒有碳14！真是厲害，你的懷疑是對的。但事實是這樣的：自然界的碳14雖會源源不斷地衰變，但它也會源源不斷地產生——空氣中氮原子在宇宙射線的衝擊下，會變成碳14。
在死亡那一刻上弦
ok，現在我們有一個鍾了，怎麼運用呢？這是個問題。
所有的植物都要吸收二氧化碳，而二氧化碳裡面的那個「碳」，就可能是碳14，也就是說，植物的生長過程中會源源不斷地吸收碳14，但是注意，植物體內的那些碳14同時也在發生衰變。一邊吸收，一邊衰變，於是，植物體內的碳14最終會達到收支平衡。
假如某棵大樹某個時候死了，那麼這意味著其對碳14的吸收就會立即停止，只剩下衰變了——注意注意！發條已經擰緊，鐘錶開始嘀嗒嘀嗒運行啦！
現在問，這棵大樹是何時死的？很簡單，只要測量這棵大樹體內碳14的含量便知。就像測量沙漏上方的瓶中還剩下多少沙，就知道已過去了多少時間一樣。若大樹體內碳14的比例含量，只有平常樹木中碳14比例含量的一半，那麼你就可以斷定，這棵樹大約死於5730年前，以此類推。
雖然人不直接從空氣中吸收碳14，但人是吃植物的，雖然獅子只吃羊，但羊也是吃草的，所以植物體內的碳14最終也會在動物體內累積。
碳14測年法示意圖。
考古學家在測量樓蘭女屍的死亡時間時，是通過對棺材裡面的木材、毛布、羊皮、人骨等分別進行碳14測量後，對比得出距今3800年的。
專家們還把碳14測年法用在敦煌莫高窟石窟的年代測定上
他山之石，可以攻玉
有了碳14測年法在前，似乎地球的年齡測定便能如法炮製了。可事實上，沒那麼簡單。
首先，你得找到一個半衰期比較長的「鍾」，哪種鍾合適呢？找來找去，人們發現「鈾238」這位仁兄可擔此大任，因為它的半衰期長達44.7億年。地球之「鍾」算是找到了，可怎麼去測呢？這又是個大問題，找地球誕生時植物的遺骸嗎？笑話，地球誕生時，一片火海，任何植物都不會存在；就算存在，也不會保存至今。而關鍵的是，植物里可沒有鈾238。那麼，什麼地方有呢？
對，就是岩石！可問題又來了，你如何知道哪塊岩石最老？難道你要把地球上每一塊岩石都測一遍？好吧，就算偉大的愚公移山精神，讓你測完了所有岩石，並知道了地球上最老岩石的年齡，那又怎樣呢？你能斷定這塊岩石跟地球的年紀一樣老？幾十億年，滄海桑田，地球誕生時就存在的那些岩石，到現在，早就不是原來的樣子了。
怎麼辦？20世紀40年代末，芝加哥大學一位名叫克萊爾·彼得森的科學家對此也頭疼萬分，且持續了七年！不過，你懂的，皇天不負有心人，克萊爾·彼得森最後靈光一閃：為何不用那些天外來客——隕石呢？
克萊爾·彼得森。
是呀，他山之石，可以攻玉。很多漂浮在地球周邊並最終掉下來的隕石，其實就是早期構成地球的下腳料，因此保留著原始的內部化學結構。最重要的是，他們一直在外太空，沒有受到污染。
鈾238衰變後會變成鉛206，所以，測定那些掉下來的隕石中，鈾238與鉛206的比例，就可以知道曾經有多少鈾238發生衰變，從而就能基本測出地球的年齡了。
天外隕石就是早期構成地球的下腳料。
打個比方，一筐好好的紅櫻桃（鈾238），假設每隔十天，就會腐爛一半，而且腐爛得還很徹底，只剩下櫻桃核（鉛206），肉全沒了。
好，在一個密封的箱子裡面有櫻桃，但不知櫻桃在箱子里放了多久。現在我們打開箱子，發現有2顆完好的櫻桃和6粒櫻桃核。於是我們就知道，箱子里最開始其實有2+6即8顆櫻桃。現在，我們從頭來一遍，過了10天，那8顆櫻桃中有4顆腐爛，再過10天，剩下的那4顆，又有2顆也腐爛了，只剩下2顆沒腐爛了。而這跟我們打開箱子時看到的是一樣的情景。所以，從這裡我們就可以計算出箱子里的櫻桃大概已經存在了20天時間了。
你的積蓄決定了你的身價
如果說碳14和鈾238是一種基於「消耗」原理的測年法，那麼下面接著要說的則是一種基於「積蓄」原理的測年法。
人類的生活中從沒有離開過輻射，這些輻射來自宇宙射線、地面、建築物甚至是人體內部。
同樣，陶瓷也在無時無刻接收著輻射，只是它們被輻射的時間要長得多，幾百年，幾千年甚至上萬年。而且，因為陶瓷裡面含有大量的絕緣晶體，所以，它們能把接收到的輻射能量保存起來，這意味著，陶瓷年代越久遠，其對輻射能量的積蓄就越多，一般來說身價也就越高。
如何測定呢？那就是加熱，科學家發現，只要把陶瓷加熱到一定溫度後，陶瓷裡面積蓄的能量就會以光的形式釋放出來，這就是熱釋光現象。需要說明的是，熱釋光不同於一般加熱後的熾熱發光，它是積累的輻射能量被釋放的標誌。
而熱釋光測年法的原理是這樣的，在陶器剛開始燒制時，高溫會把結晶體中原先貯存的熱釋光能量全都釋放完，這相當於把熱釋光時鐘重新撥至零點。自此以後，成型後的陶瓷從零開始積累接收到的輻射能量，年代愈久，積累的能量就越多，熱釋光量也就愈多。加熱陶瓷，測量放出光的多少、強弱，就能判斷出陶瓷的燒制年份。曹操墓中出土了大量的陶器，所以有專家建議，可以用熱釋光測年法對其測定，從而能較為準確地確定墓葬年代。
熱釋光測年法是測量陶瓷的好幫手。
考古學上，知道某個古物距今多少年，類似於天文學上知道某個星系距我們多遠一樣重要。可以說，沒有科學測年法的進步，就沒有考古學的蓬勃大發展。隨著科技的不斷進步，測年法的方式和類型越來越多，常見的還有電子自旋共振測年法，古地磁測年法，氯-36測年法等等。
從1952到1958之間的核試驗導致海水受輻射產生大量本來很罕見的氯-36。這种放射性的氯逐漸擴散到土壤和地下水中，因此氯-36可以用來測量50年代以後的地質測年。
出品：科普中國
製作：許仁華
監製：中國科學院計算機網路信息中心
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