测年方法

停止交换，数量降低：有机体死亡（或埋藏）后，停止
与大气发生交换，其中的放射性碳因不断衰变而降低数量。 通过测定现存物质的放射性碳的数量，就可以了解被测物质 的放射性碳从原始状态衰变到现在状态所需的时间。
11.1.2 放射性碳的测年原理
11.1.2 放射性碳的测年原理
11.1.2 放射性碳的测年原理
11.1.4 放射性碳的测年方法
石墨或CO2 离子被打碎，C4+转化成C3+ 去除容易与放射性碳原子混 淆的离子 检测器
铯原 原子 子离 轰子 击化
Wien电子筛 电压检验
第一个磁场 选择原子量 为14的离子
8MeV能量磁场，根据 能量要素挑选14C离子
11.1.4 放射性碳的测年方法
两种方法的优势与不足比较
入正比计数管中进行测量。 缺点：要求对制备的含碳气体具有非常高的纯度 并且稳定。
液体闪烁计数法：将样品中的碳制成闪烁体溶液，
用光电倍增管对14C发射的粒子进行探测。目前比较普 遍并取得成功的是将样品中的碳制成苯作为闪烁体溶液。
11.1.4 放射性碳的测年方法
准备样品 燃烧成 CO2 形成碳化物
半衰期 稳定
C C C
0.0000000001% 5568 years
天然来源：
太阳系外的高能 宇宙射线轰击高 层大气 高能粒子释放的 中子与大气中氮 原子发生反应产 生放射性碳原子 放射性碳以CO2 形式在大气中与 稳定性碳混合 宇宙射线的持续 稳定作用，使大 气中放射性碳数 量保持稳定
通过测量树木每一轮目前的放射性碳含量和该轮形成的年代， 利用放射性碳的半衰期公式，即可以计算该轮形成时的放射 性碳含量。 例如，通过测量一棵 1000 年历史的树木，就能够获知过去 1000年每年的大气放射性碳含量。
11.1.5 放射性碳年龄的校正
11.1.5 放射性碳年龄的校正
了解大气放射性碳随时间变化——应用树轮进行校正
理
机 制
• 释放能量：被捕获到稳定位置的电子在晶格被加热或照 射时，又会重新回到“自由”状态。其中一部分自由电 子能够到达另一部分自由电子转移以后所空出的一些位 置（空洞），这个过程称为“重组”。当重组发生时， 这些电子的部分能量被消耗，以热或光的形式被释放出 来。
• 能量平衡：由光或热激发的晶体样品释放的光的数量与 样品（埋藏时）吸收的总的放射线剂量具有一定比例。
11.1.1 放射性碳的物质来源
11.1.2 放射性碳的测年原理
11.1.3 放射性碳的测年材料
11.1.4 放射性碳的测年方法
11.1.5 放射性碳年龄的影响因素和校正方法
11.1.1 放射性碳的物质来源
放射性碳同位素性质及其比例
同位素
12 13 14
质子数 6 6 6
中子数 6 7 8
百分比 99% 1%
加速器质谱仪方法（Accelerator Mass
11.1.4 放射性碳的测年方法
常规计数方法
固体计数法：将各种样品在氧气中燃烧生成二氧化碳，
再用镁粉将其还原为碳粉后，用带有屏蔽的盖革计数器 测量。
缺点：样品处理过程中粒子本身被吸收，影响测 量结果。
气体计数法：将样品制成含碳气体化合物，将气体充
截距法
11.1.5 放射性碳年龄的校正 截距法
11.1.5 放射性碳年龄的校正
样品年代 校正年代
概率法
11.1.5 放射性碳年龄的校正
Cal. dating (aBP)
0 0 老碳“效应” 沉积速率区一 100 沉积速率区二 2000 4000 6000 8000 10000
Depth (cm)
11.1.2 放射性碳的测年原理
比例相对稳定：放射性碳与稳定碳在大气中的比例相对稳
定，它们在高层大气中主要以二氧化碳的形式存在。
通过植物传输： 植物通过光合作用吸收二氧化碳，植物
体中放射性碳与稳定碳的比例与大气中的比例保持一致。
通过动物传输： 动物通过食用植物和其它动物也吸收同
样比例碳原子，它们在存活状态时也具有和大气一样的放射 性碳与稳定碳比例。
11.1.5 放射性碳年龄的校正
为什么需要校正
校正的方法
11.1.5 放射性碳年龄的校正
为什么需要进行校正？
计算依据：放射性碳年龄被写成 BP— before present， 是直接依据样品中放射性碳的比例得出。其计算依据是， 假定过去任何时期的大气中放射性碳浓度总是与公元1950 年的水平一致，而且放射性碳的半衰期是5568年。 present指的是公元1950年。 具有误差：首先，大气中放射性碳的比例随时间发生变化 （并不总是与1950年水平一致）；其次，放射性碳真正的 半衰期是5730 年而非最早测定的5568年。
样品一旦暴露于阳光下，其TL/OSL的光能很快就 会被消耗，使得TL/OSL的光能被重置于零。 样品被埋藏后的TL/OSL光能积累量仅与在埋藏期 内接受的离子放射线能量以测定该样品沉积（被埋藏） 的年龄。
11.2.1 发光年代学的概念与测年原理
第十一章
历史环境变化重建的手段与方法
—— 若干自然证据的定年技术
11.1 11.3 11.4
14C断代技术
— 放射性碳测年
11.2 发（释）光年代学
210Pb沉积速率 137Cs绝对年龄时标测定
11.5 宇宙成因核素年龄 11.6 铀系不平衡法 11.7 古地磁 11.8 电子自旋共振
11.1
14C断代技术—放射性碳测年
制成石墨
形成乙炔（C2H2） 形成苯 装入计数器
11.1.4 放射性碳的测年方法
加速器质谱仪方法
区分：样品以石墨或二氧化碳的形式置入离子源，铯离子 轰击使之离子化，形成快速移动的离子束，产生的C离子具 有负极性，能够避免与14N的混淆。 选择：进入第一个磁场选择原子量为14的离子。 转化：进入加速器，离子被极大加速使所有分子形式的离 子被打碎，大多数C4+被转化成C3+。 能量选择：进入加速器第二个磁场并达到约 8MeV的能量， 根据能量要素来选择离子，14C离子被挑选出来。同时利用 Wien电子筛来检验它们的电压是否合乎要求。 测量：由于（1）不是置入离子源内的所有放射性碳原子都 能到达检测器，（2）放射性碳原子在碳原子总量中比例微 小。因而在检测器同样需要检测稳定同位素 12C 和 13C 。真 正计算的是14C/13C 比值并同已知标准样品的比值进行比较。
物质沉积后由于受到来自自然界中的U、Th、K等元素 和宇宙射线产生的粒子（, , ）影响，开始积累释光能 量，然后由于暴露在阳光下使这些能量被消耗。
11.2.2 发光年代学的物理机制与测量方法
物
• 吸收能量：当离子放射线（主要是, , 放射线）与非 导体物质（如石英或长石）相互作用时，组成非导体物 质的原子中一些电子产生负荷并重新分配，其中一部分 能够逃逸其依附的原子并且被捕获进入晶格间的其它稳 定位置。
11.2.1 发光年代学的概念与测年原理 11.2.2 发光年代的物理机制与测量方法 11.2.3 发光年代的应用范围
11.2.1 发光年代学的概念与测年原理
基本概念
热释光（TL）： Thermo Luminescence
光释光（OSL）： Optically Stimulated Luminescence
11.1.3 放射性碳的测年材料
材料 骨骼 木材 木炭 亚麻布 羊毛 羊皮纸 亚麻植物 绵羊 动物 亚麻生长的年代 剪取羊毛的年份 动物死亡的年份 有机体 动物 树木 测量的年龄值 动物死亡后的数年 树木的树轮所在的年份
在沉积物中，有时不容易发现上述纯的测年材料， 不得不用有机质的全样来进行测量。由于内源有机体 常常利用湖水中的“老”碳，因此测量得到的数据往 往比真实年龄偏老——碳库效应。
怎样校正？
使用最新的半衰期数据； 了解大气放射性碳随时间变化的情况； 了解放射性碳年龄与日历年龄的关系。
11.1.5 放射性碳年龄的校正
了解大气放射性碳随时间变化——应用树轮进行校正
放射性碳随时间的变化值：
一棵树的木质部在形成后即使在树木生长过程中也不与外界 进行碳的交换，因此木质部的每一年树轮都记录了其形成时 的大气放射性碳的含量（比例）。
常规计数方法：
由于测量的是衰变放出的粒子，因此需要较多的样品。
由于自然界中难以找到大量高纯度的含碳样品，因此得到 的结果往往是不同来源的碳埋藏年龄的平均值。
加速器质谱仪方法：
由于测量的是离子化的原子（或比例），因此需要的样品 量较少。
由于微量样品容易迁移，受污染后对总体数据的影响明显， 获得的年龄可能不代表埋藏位置的年龄。
热释光和光释光是物质在被加热或照射时，其组 成矿物的晶体内由于天然离子的放射作用而释放 出的储存能量而发射的光线。 利用光释光和热释光进行年代测量的技术称为发 光年代学。
11.2.1 发光年代学的概念与测年原理
原理
被测样品埋藏于地下时，受来自于自然界中的粒子 （, , ）的影响积累TL/OSL光能量。
11.1.4 放射性碳的测年方法
常规 计数方法： 用各种类型的探测仪器计
数14C衰变放出的粒子。根据测量形式的不同， 又可以分为固体计数法，气体计数法和液体闪 烁计数法。 Spectrometry）：是将样品中的原子转换成 快速移动的离子束（充电原子）。这些离子然 后被送到电磁场中进行测量。
测 量 方
• 吸收能量与时间关系的确定：对于TL/OSL能量已经为 零的被测样品，在给定放射线数量条件下观察其吸收的 光能量（通常用射线）多少（通常测获取后的释放量） 和所需时间，获得剂量率R值。根据这个关系，计算样 品具有一定光能量所需的时间。
11.1.5 放射性碳年龄的校正