
【化】 carbon dating
carbon
【化】 carbon
【医】 C; carbon; carboneum
determine; mensuration; set out
【化】 assaying; determination; estimation
【医】 assay; determination
【经】 gauge
a decade; age; time; years
【经】 age
碳测定年代(Radiocarbon Dating)是一种通过测量碳-14同位素衰变程度来确定有机物样本年龄的科学方法。该方法由美国化学家威拉得·利比于1949年提出,主要应用于考古学和地质学研究,可测定距今约5万年内含碳物质的形成时间。
科学原理:生物体存活时通过光合作用或食物链持续吸收大气中的碳-14同位素(^{14}C),死亡后停止代谢,体内碳-14以5730年的半衰期发生β衰变。通过测量样本残余碳-14与稳定碳-12的比例,可推算样本死亡时间。公式表达为: $$ t = frac{T_{1/2}}{ln2} lnleft(frac{N0}{N}right) $$ 其中$T{1/2}$为半衰期,$N_0$为初始碳-14含量,$N$为现存含量。
应用范围:
技术局限性:
汉英术语对照: | 中文术语| 英文对照| |----------------|---------------------| | 碳测定年代| Radiocarbon Dating| | 碳-14同位素 | Carbon-14 isotope | | 半衰期| Half-life | | β粒子衰变 | Beta decay|
参考文献:
碳测定年代(又称碳-14测年法)是一种通过检测含碳物质中放射性同位素碳-14(¹⁴C)的衰变程度来推算其年代的科学方法,主要应用于考古学和地质学领域。以下是其核心原理和应用:
碳-14的来源
碳-14由宇宙射线与大气中的氮原子(¹⁴N)发生核反应生成,反应式为:
$$text{^{14}_7N + n → ^{14}_6C + p}$$
生成的碳-14与氧结合形成二氧化碳(CO₂),通过光合作用进入生物体内。
动态平衡与衰变
生物存活时通过新陈代谢与大气交换碳元素,体内¹⁴C与稳定同位素¹²C的比例保持平衡。生物死亡后,停止吸收碳元素,¹⁴C以半衰期5730年的速率衰变为氮-14(¹⁴N):
$$text{^{14}_6C → ^{14}_7N + β^- + bar{ν}_e}$$
通过测量残留的¹⁴C含量,可计算死亡时间。
适用对象
仅适用于含碳有机物(如骨骼、木材、纺织品等),年代范围约在100至5万年内。超过6万年的样本因¹⁴C含量过低而误差增大。
测定步骤
该方法由威拉得·利比于1940年代发明,1960年获诺贝尔化学奖。现代技术已能将误差缩小至±20年,成为揭示古代文明和地质事件的关键工具。
如需了解具体案例或校准方法,可参考权威文献或考古学数据库。
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