[科普中國(guó)]-核爆居然也可以用來(lái)測(cè)年

科學(xué)家說(shuō)，地球年齡有45.4億年了。
奇怪，他們?cè)趺粗赖模?難道地球誕生時(shí)有人在現(xiàn)場(chǎng)？
新聞上經(jīng)常報(bào)道，發(fā)現(xiàn)了距今多少多少年的某具古尸或者某件古物。
他們又是怎么知道的？ 難道樓蘭少女玩完的時(shí)候他們也在現(xiàn)場(chǎng)？
或者是……
古尸或者古物上都有一個(gè)鐘，能明確告訴我們距今多少年？
好一個(gè)異想天開(kāi)！鐘都是人造出來(lái)的，且是現(xiàn)代人。
可是……
等等！你敢說(shuō)自然界就沒(méi)有天然的鐘？
科學(xué)家說(shuō)，有！且不止一種！
噢！這都是些什么鐘呀？可以掛墻上嗎？
水滴里見(jiàn)太陽(yáng)，原子里看過(guò)去
地球上所有的一切都是由一百多種不同類(lèi)型原子構(gòu)成的，比如碳原子，鐵原子等。而所有同類(lèi)型原子的統(tǒng)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(lèi)，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約占99%，碳13約占1%，而碳14只占到百萬(wàn)分之一左右。
別看碳14的量很微小，卻作用極大，聲名遠(yuǎn)播。因?yàn)椤褪俏覀円业溺姡?/p>

古人用的沙漏已變成現(xiàn)代人的裝飾品。

古人用“沙漏”來(lái)計(jì)時(shí)，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(dāng)然就是半天啦。碳14也跟沙漏一樣，每隔“一段時(shí)間”它就會(huì)“消失”一半。而這個(gè)“一段時(shí)間”，就是5730年，科學(xué)上通常把5730年稱為碳14的半衰期，把那個(gè)“消失”的過(guò)程稱為衰變。
不對(duì)！假如每隔5730年就有一半發(fā)生衰變，那地球上最終會(huì)沒(méi)有碳14！真是厲害，你的懷疑是對(duì)的。但事實(shí)是這樣的：自然界的碳14雖會(huì)源源不斷地衰變，但它也會(huì)源源不斷地產(chǎn)生——空氣中氮原子在宇宙射線的沖擊下，會(huì)變成碳14。
在死亡那一刻上弦
ok，現(xiàn)在我們有一個(gè)鐘了，怎么運(yùn)用呢？這是個(gè)問(wèn)題。
所有的植物都要吸收二氧化碳，而二氧化碳里面的那個(gè)“碳”，就可能是碳14，也就是說(shuō)，植物的生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)源源不斷地吸收碳14，但是注意，植物體內(nèi)的那些碳14同時(shí)也在發(fā)生衰變。一邊吸收，一邊衰變，于是，植物體內(nèi)的碳14最終會(huì)達(dá)到收支平衡。
假如某棵大樹(shù)某個(gè)時(shí)候死了，那么這意味著其對(duì)碳14的吸收就會(huì)立即停止，只剩下衰變了——注意注意！發(fā)條已經(jīng)擰緊，鐘表開(kāi)始嘀嗒嘀嗒運(yùn)行啦！

現(xiàn)在問(wèn)，這棵大樹(shù)是何時(shí)死的？很簡(jiǎn)單，只要測(cè)量這棵大樹(shù)體內(nèi)碳14的含量便知。就像測(cè)量沙漏上方的瓶中還剩下多少沙，就知道已過(guò)去了多少時(shí)間一樣。若大樹(shù)體內(nèi)碳14的比例含量，只有平常樹(shù)木中碳14比例含量的一半，那么你就可以斷定，這棵樹(shù)大約死于5730年前，以此類(lèi)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(nèi)的碳14最終也會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)累積。

碳14測(cè)年法示意圖。

考古學(xué)家在測(cè)量樓蘭女尸的死亡時(shí)間時(shí)，是通過(guò)對(duì)棺材里面的木材、毛布、羊皮、人骨等分別進(jìn)行碳14測(cè)量后，對(duì)比得出距今3800年的。

專(zhuān)家們還把碳14測(cè)年法用在敦煌莫高窟石窟的年代測(cè)定上

他山之石，可以攻玉
有了碳14測(cè)年法在前，似乎地球的年齡測(cè)定便能如法炮制了?？墒聦?shí)上，沒(méi)那么簡(jiǎn)單。
首先，你得找到一個(gè)半衰期比較長(zhǎng)的“鐘”，哪種鐘合適呢？找來(lái)找去，人們發(fā)現(xiàn)“鈾238”這位仁兄可擔(dān)此大任，因?yàn)樗陌胨テ陂L(zhǎng)達(dá)44.7億年。地球之“鐘”算是找到了，可怎么去測(cè)呢？這又是個(gè)大問(wèn)題，找地球誕生時(shí)植物的遺骸嗎？笑話，地球誕生時(shí)，一片火海，任何植物都不會(huì)存在；就算存在，也不會(huì)保存至今。而關(guān)鍵的是，植物里可沒(méi)有鈾238。那么，什么地方有呢？
對(duì)，就是巖石！可問(wèn)題又來(lái)了，你如何知道哪塊巖石最老？難道你要把地球上每一塊巖石都測(cè)一遍？好吧，就算偉大的愚公移山精神，讓你測(cè)完了所有巖石，并知道了地球上最老巖石的年齡，那又怎樣呢？你能斷定這塊巖石跟地球的年紀(jì)一樣老？幾十億年，滄海桑田，地球誕生時(shí)就存在的那些巖石，到現(xiàn)在，早就不是原來(lái)的樣子了。
怎么辦？20世紀(jì)40年代末，芝加哥大學(xué)一位名叫克萊爾·彼得森的科學(xué)家對(duì)此也頭疼萬(wàn)分，且持續(xù)了七年！不過(guò)，你懂的，皇天不負(fù)有心人，克萊爾·彼得森最后靈光一閃：為何不用那些天外來(lái)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并最終掉下來(lái)的隕石，其實(shí)就是早期構(gòu)成地球的下腳料，因此保留著原始的內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)。最重要的是，他們一直在外太空，沒(méi)有受到污染。
鈾238衰變后會(huì)變成鉛206，所以，測(cè)定那些掉下來(lái)的隕石中，鈾238與鉛206的比例，就可以知道曾經(jīng)有多少鈾238發(fā)生衰變，從而就能基本測(cè)出地球的年齡了。

天外隕石就是早期構(gòu)成地球的下腳料。

打個(gè)比方，一筐好好的紅櫻桃（鈾238），假設(shè)每隔十天，就會(huì)腐爛一半，而且腐爛得還很徹底，只剩下櫻桃核（鉛206），肉全沒(méi)了。
好，在一個(gè)密封的箱子里面有櫻桃，但不知櫻桃在箱子里放了多久。現(xiàn)在我們打開(kāi)箱子，發(fā)現(xiàn)有2顆完好的櫻桃和6粒櫻桃核。于是我們就知道，箱子里最開(kāi)始其實(shí)有2+6即8顆櫻桃?，F(xiàn)在，我們從頭來(lái)一遍，過(guò)了10天，那8顆櫻桃中有4顆腐爛，再過(guò)10天，剩下的那4顆，又有2顆也腐爛了，只剩下2顆沒(méi)腐爛了。而這跟我們打開(kāi)箱子時(shí)看到的是一樣的情景。所以，從這里我們就可以計(jì)算出箱子里的櫻桃大概已經(jīng)存在了20天時(shí)間了。
你的積蓄決定了你的身價(jià)
如果說(shuō)碳14和鈾238是一種基于“消耗”原理的測(cè)年法，那么下面接著要說(shuō)的則是一種基于“積蓄”原理的測(cè)年法。
人類(lèi)的生活中從沒(méi)有離開(kāi)過(guò)輻射，這些輻射來(lái)自宇宙射線、地面、建筑物甚至是人體內(nèi)部。
同樣，陶瓷也在無(wú)時(shí)無(wú)刻接收著輻射，只是它們被輻射的時(shí)間要長(zhǎng)得多，幾百年，幾千年甚至上萬(wàn)年。而且，因?yàn)樘沾衫锩婧写罅康慕^緣晶體，所以，它們能把接收到的輻射能量保存起來(lái)，這意味著，陶瓷年代越久遠(yuǎn)，其對(duì)輻射能量的積蓄就越多，一般來(lái)說(shuō)身價(jià)也就越高。
如何測(cè)定呢？那就是加熱，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，只要把陶瓷加熱到一定溫度后，陶瓷里面積蓄的能量就會(huì)以光的形式釋放出來(lái)，這就是熱釋光現(xiàn)象。需要說(shuō)明的是，熱釋光不同于一般加熱后的熾熱發(fā)光，它是積累的輻射能量被釋放的標(biāo)志。
而熱釋光測(cè)年法的原理是這樣的，在陶器剛開(kāi)始燒制時(shí)，高溫會(huì)把結(jié)晶體中原先貯存的熱釋光能量全都釋放完，這相當(dāng)于把熱釋光時(shí)鐘重新?lián)苤亮泓c(diǎn)。自此以后，成型后的陶瓷從零開(kāi)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(cè)量放出光的多少、強(qiáng)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(zhuān)家建議，可以用熱釋光測(cè)年法對(duì)其測(cè)定，從而能較為準(zhǔn)確地確定墓葬年代。

熱釋光測(cè)年法是測(cè)量陶瓷的好幫手。

考古學(xué)上，知道某個(gè)古物距今多少年，類(lèi)似于天文學(xué)上知道某個(gè)星系距我們多遠(yuǎn)一樣重要?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有科學(xué)測(cè)年法的進(jìn)步，就沒(méi)有考古學(xué)的蓬勃大發(fā)展。隨著科技的不斷進(jìn)步，測(cè)年法的方式和類(lèi)型越來(lái)越多，常見(jiàn)的還有電子自旋共振測(cè)年法，古地磁測(cè)年法，氯-36測(cè)年法等等。

從1952到1958之間的核試驗(yàn)導(dǎo)致海水受輻射產(chǎn)生大量本來(lái)很罕見(jiàn)的氯-36。這種放射性的氯逐漸擴(kuò)散到土壤和地下水中，因此氯-36可以用來(lái)測(cè)量50年代以后的地質(zhì)測(cè)年。