在死亡那一刻核爆也可以用来测年

科普中国-科普融合创作 2016-11-04

　　出品：科普中国

　　制作：许仁华

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　科学家说，地球年龄有45.4亿年了。

　　奇怪，他们怎么知道的？难道地球诞生时有人在现场？

　　新闻上经常报道，发现了距今多少多少年的某具古尸或者某件古物。

　　他们又是怎么知道的？难道楼兰少女玩完的时候他们也在现场？

　　或者是……

　　古尸或者古物上都有一个钟，能明确告诉我们距今多少年？

　　好一个异想天开！钟都是人造出来的，且是现代人。

　　可是……

　　等等！你敢说自然界就没有天然的钟？

　　科学家说，有！且不止一种！

　　噢！这都是些什么钟呀？可以挂墙上吗？

　　水滴里见太阳，原子里看过去

　　地球上所有的一切都是由一百多种不同类型原子构成的，比如碳原子，铁原子等。而所有同类型原子的统称，就叫元素。人还分黄种人黑种人呢。所以元素下面也有分类，如碳元素下就包括三种不同的碳原子，分别是碳12，碳13和碳14。在地球上所有的碳中，碳12约占99%，碳13约占1%，而碳14只占到百万分之一左右。

　　别看碳14的量很微小，却作用极大，声名远播。因为——它就是我们要找的钟！

　　在死亡那一刻上弦，核爆居然也可以用来测年

　　古人用的沙漏已变成现代人的装饰品。

　　古人用“沙漏”来计时，若瓶子中的沙全部漏完就是一天，那，瓶子中的沙漏掉一半，当然就是半天啦。碳14也跟沙漏一样，每隔“一段时间”它就会“消失”一半。而这个“一段时间”，就是5730年，科学上通常把5730年称为碳14的半衰期，把那个“消失”的过程称为衰变。

　　不对！假如每隔5730年就有一半发生衰变，那地球上最终会没有碳14！真是厉害，你的怀疑是对的。但事实是这样的：自然界的碳14虽会源源不断地衰变，但它也会源源不断地产生——空气中氮原子在宇宙射线的冲击下，会变成碳14。

　　在死亡那一刻上弦

　　ok，现在我们有一个钟了，怎么运用呢？这是个问题。

　　所有的植物都要吸收二氧化碳，而二氧化碳里面的那个“碳”，就可能是碳14，也就是说，植物的生长过程中会源源不断地吸收碳14，但是注意，植物体内的那些碳14同时也在发生衰变。一边吸收，一边衰变，于是，植物体内的碳14最终会达到收支平衡。

　　假如某棵大树某个时候死了，那么这意味着其对碳14的吸收就会立即停止，只剩下衰变了——注意注意！发条已经拧紧，钟表开始嘀嗒嘀嗒运行啦！

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　　现在问，这棵大树是何时死的？很简单，只要测量这棵大树体内碳14的含量便知。就像测量沙漏上方的瓶中还剩下多少沙，就知道已过去了多少时间一样。若大树体内碳14的比例含量，只有平常树木中碳14比例含量的一半，那么你就可以断定，这棵树大约死于5730年前，以此类推。

　　虽然人不直接从空气中吸收碳14，但人是吃植物的，虽然狮子只吃羊，但羊也是吃草的，所以植物体内的碳14最终也会在动物体内累积。

　　考古学家在测量楼兰女尸的死亡时间时，是通过对棺材里面的木材、毛布、羊皮、人骨等分别进行碳14测量后，对比得出距今3800年的。

　　在死亡那一刻上弦，核爆居然也可以用来测年专家们还把碳14测年法用在敦煌莫高窟石窟的年代测定上

　　他山之石，可以攻玉

　　有了碳14测年法在前，似乎地球的年龄测定便能如法炮制了。可事实上，没那么简单。

　　首先，你得找到一个半衰期比较长的“钟”，哪种钟合适呢？找来找去，人们发现“铀238”这位仁兄可担此大任，因为它的半衰期长达44.7亿年。地球之“钟”算是找到了，可怎么去测呢？这又是个大问题，找地球诞生时植物的遗骸吗？笑话，地球诞生时，一片火海，任何植物都不会存在；就算存在，也不会保存至今。而关键的是，植物里可没有铀238。那么，什么地方有呢？

　　对，就是岩石！可问题又来了，你如何知道哪块岩石最老？难道你要把地球上每一块岩石都测一遍？好吧，就算伟大的愚公移山精神，让你测完了所有岩石，并知道了地球上最老岩石的年龄，那又怎样呢？你能断定这块岩石跟地球的年纪一样老？几十亿年，沧海桑田，地球诞生时就存在的那些岩石，到现在，早就不是原来的样子了。

　　在死亡那一刻上弦，核爆居然也可以用来测年怎么办？20世纪40年代末，芝加哥大学一位名叫克莱尔·彼得森的科学家对此也头疼万分，且持续了七年！不过，你懂的，皇天不负有心人，克莱尔·彼得森最后灵光一闪：为何不用那些天外来客——陨石呢？

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　　克莱尔·彼得森。

　　是呀，他山之石，可以攻玉。很多漂浮在地球周边并最终掉下来的陨石，其实就是早期构成地球的下脚料，因此保留着原始的内部化学结构。最重要的是，他们一直在外太空，没有受到污染。

　　铀238衰变后会变成铅206，所以，测定那些掉下来的陨石中，铀238与铅206的比例，就可以知道曾经有多少铀238发生衰变，从而就能基本测出地球的年龄了。

　　在死亡那一刻上弦，核爆居然也可以用来测年天外陨石就是早期构成地球的下脚料。

　　打个比方，一筐好好的红樱桃（铀238），假设每隔十天，就会腐烂一半，而且腐烂得还很彻底，只剩下樱桃核（铅206），肉全没了。

　　好，在一个密封的箱子里面有樱桃，但不知樱桃在箱子里放了多久。现在我们打开箱子，发现有2颗完好的樱桃和6粒樱桃核。于是我们就知道，箱子里最开始其实有2+6即8颗樱桃。现在，我们从头来一遍，过了10天，那8颗樱桃中有4颗腐烂，再过10天，剩下的那4颗，又有2颗也腐烂了，只剩下2颗没腐烂了。而这跟我们打开箱子时看到的是一样的情景。所以，从这里我们就可以计算出箱子里的樱桃大概已经存在了20天时间了。

　　你的积蓄决定了你的身价

　　如果说碳14和铀238是一种基于“消耗”原理的测年法，那么下面接着要说的则是一种基于“积蓄”原理的测年法。

　　人类的生活中从没有离开过辐射，这些辐射来自宇宙射线、地面、建筑物甚至是人体内部。

　　同样，陶瓷也在无时无刻接收着辐射，只是它们被辐射的时间要长得多，几百年，几千年甚至上万年。而且，因为陶瓷里面含有大量的绝缘晶体，所以，它们能把接收到的辐射能量保存起来，这意味着，陶瓷年代越久远，其对辐射能量的积蓄就越多，一般来说身价也就越高。

　　如何测定呢？那就是加热，科学家发现，只要把陶瓷加热到一定温度后，陶瓷里面积蓄的能量就会以光的形式释放出来，这就是热释光现象。需要说明的是，热释光不同于一般加热后的炽热发光，它是积累的辐射能量被释放的标志。

　　而热释光测年法的原理是这样的，在陶器刚开始烧制时，高温会把结晶体中原先贮存的热释光能量全都释放完，这相当于把热释光时钟重新拨至零点。自此以后，成型后的陶瓷从零开始积累接收到的辐射能量，年代愈久，积累的能量就越多，热释光量也就愈多。加热陶瓷，测量放出光的多少、强弱，就能判断出陶瓷的烧制年份。曹操墓中出土了大量的陶器，所以有专家建议，可以用热释光测年法对其测定，从而能较为准确地确定墓葬年代。

　　在死亡那一刻上弦，核爆居然也可以用来测年

　　在死亡那一刻上弦，核爆居然也可以用来测年热释光测年法是测量陶瓷的好帮手。