论文部分内容阅读
一座幽深的古墓中,考古学家发掘出了惊世骇俗的古老文物。然而,一个问题令人困扰:这些文物究竟属于什么时代?距今5000年?还是8000年?为了得出确切的结论,考古学家想到了一位专家——碳。无所不在的硪
碳是一种最常见不过的元素,它无所不在,几乎令人忽视了它的存在。碳元素在世界上存在的方式既有单质形态,也有化合物形态。单质形态最著名的就是硬度第一的金刚石,以及软绵绵的石墨。化合物形态咱们更是天天打交道,一氧化碳和二氧化碳你很熟悉吧?更重要的是,没有碳,地球上就不可能有生命——地球上所有的生命形态,都是以碳元素为基础的碳基生命。
这可一点都不夸张,碳的确是一切生命的基础。碳原子通过有规律的排列组合,形成有机物的框架,而有机物是构成生命的重要元素。在生命出现之前,地球上的碳元素变化相对简单,只有一些简单的化合物形态,而且都是无机物,比如二氧化碳。随着碳基生命的出现,植物诞生了,二氧化碳通过植物的光合作用,更多地参与到生命的循环中来,碳基生命圈才形成了如今丰富多彩的样子。
好吧,碳元素很伟大。但是,碳元素又为什么能帮助考古学家呢?
碳的兄弟
碳并不能直接帮助考古学家判定年代,能够担当此任的是它的兄弟——碳14。碳14是碳的同位素……等等,啥叫同位素?
每一种元素的原子核内都包含有数量不同的质子和中子,同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子,这些中子数有区别的原子,就是该元素的同位素。一种元素和它的同位素一般拥有相同的化学性质,但同位素又有着一些独特的特点,比如放射性。
碳14就是一种放射性同位素。
碳14的半衰期
碳14的放射性是这样来的:宇宙中有许多高能粒子,每时每刻都在“轰击”着地球的大气层,这些高能粒子进入大气层后,会与大气中的原子发生作用,产生各种次级粒子,
其中的中子就可以和大气中的氮14发生反应,形成碳14,同时释放出一个质子。碳14并不是一种稳定的元素,它会再次释放出一个电子,从而又变回氮14。这个变会氮14的过程,就是一个放射性的过程。碳14的半衰期是5730年,意思就是说,每5730年,碳14就会因为变回氮14而数量减半。
碳14的这个半衰期特性不会因为别的条件而发生变化,误差不超过40年,简直就是一把天然的时间刻度尺。通过测量碳14的数量,就能准确得出过去了多少时间。不过,考古学家究竟该怎样操作呢?
用碳14测定时间
要想准确测量时间,除了碳14,还需要碳12。碳12就是最常见、最普通的碳元素,古代的动植物在活着的时候会通过呼吸等行为与大气进行碳元素的交换,然而一旦它们死亡,这种碳交换活动就停止了,残留在它们体内的碳元素的数量就会固定不变,这其中既有碳14,也有碳12。
碳12没有放射性,所以数量不会衰减,考古学家只要同时检测古代残留下来的动植物体内的碳12数量与碳14数量,做个减法,就能知道在动植物死后碳14衰减了多少,进而知道过去了多少岁月。
问题是,动植物尸体从哪里来呢?这个不难,如果古人从事农业生产,谷粒、麦穗就是植物样本,而古人遗骸就是动物样本喽!
碳14测年法被广泛应用在考古学、古生物学等领域,效果非常好。人们再也不用就出土文物的时代问题胡猜乱蒙啦!不过,由于碳14的半衰期是5730年,因此距今太近的时间测定就不准确了。即便如此,对考古学家来说,碳14不是万能的,可没有碳14却是万万不行的!
碳是一种最常见不过的元素,它无所不在,几乎令人忽视了它的存在。碳元素在世界上存在的方式既有单质形态,也有化合物形态。单质形态最著名的就是硬度第一的金刚石,以及软绵绵的石墨。化合物形态咱们更是天天打交道,一氧化碳和二氧化碳你很熟悉吧?更重要的是,没有碳,地球上就不可能有生命——地球上所有的生命形态,都是以碳元素为基础的碳基生命。
这可一点都不夸张,碳的确是一切生命的基础。碳原子通过有规律的排列组合,形成有机物的框架,而有机物是构成生命的重要元素。在生命出现之前,地球上的碳元素变化相对简单,只有一些简单的化合物形态,而且都是无机物,比如二氧化碳。随着碳基生命的出现,植物诞生了,二氧化碳通过植物的光合作用,更多地参与到生命的循环中来,碳基生命圈才形成了如今丰富多彩的样子。
好吧,碳元素很伟大。但是,碳元素又为什么能帮助考古学家呢?
碳的兄弟
碳并不能直接帮助考古学家判定年代,能够担当此任的是它的兄弟——碳14。碳14是碳的同位素……等等,啥叫同位素?
每一种元素的原子核内都包含有数量不同的质子和中子,同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子,这些中子数有区别的原子,就是该元素的同位素。一种元素和它的同位素一般拥有相同的化学性质,但同位素又有着一些独特的特点,比如放射性。
碳14就是一种放射性同位素。
碳14的半衰期
碳14的放射性是这样来的:宇宙中有许多高能粒子,每时每刻都在“轰击”着地球的大气层,这些高能粒子进入大气层后,会与大气中的原子发生作用,产生各种次级粒子,
其中的中子就可以和大气中的氮14发生反应,形成碳14,同时释放出一个质子。碳14并不是一种稳定的元素,它会再次释放出一个电子,从而又变回氮14。这个变会氮14的过程,就是一个放射性的过程。碳14的半衰期是5730年,意思就是说,每5730年,碳14就会因为变回氮14而数量减半。
碳14的这个半衰期特性不会因为别的条件而发生变化,误差不超过40年,简直就是一把天然的时间刻度尺。通过测量碳14的数量,就能准确得出过去了多少时间。不过,考古学家究竟该怎样操作呢?
用碳14测定时间
要想准确测量时间,除了碳14,还需要碳12。碳12就是最常见、最普通的碳元素,古代的动植物在活着的时候会通过呼吸等行为与大气进行碳元素的交换,然而一旦它们死亡,这种碳交换活动就停止了,残留在它们体内的碳元素的数量就会固定不变,这其中既有碳14,也有碳12。
碳12没有放射性,所以数量不会衰减,考古学家只要同时检测古代残留下来的动植物体内的碳12数量与碳14数量,做个减法,就能知道在动植物死后碳14衰减了多少,进而知道过去了多少岁月。
问题是,动植物尸体从哪里来呢?这个不难,如果古人从事农业生产,谷粒、麦穗就是植物样本,而古人遗骸就是动物样本喽!
碳14测年法被广泛应用在考古学、古生物学等领域,效果非常好。人们再也不用就出土文物的时代问题胡猜乱蒙啦!不过,由于碳14的半衰期是5730年,因此距今太近的时间测定就不准确了。即便如此,对考古学家来说,碳14不是万能的,可没有碳14却是万万不行的!