大自然的时钟——碳14测定技术

大自然的时钟——碳14测定技术

20世纪80年代末，全世界的基督徒都在奔走相告，原来，教会用高科技澄清了一个历史大悬案，这就是关于耶稣裹尸布的真伪鉴定，鉴定证明了那块使人崇敬了多年的裹尸布是假的，它的原料纤维是13世纪才种出来的，而此时耶稣已被钉在十字架上1200多年了。

这个轰动世界的年代鉴定是由碳14做出的。

宇宙空间的"炼金术"

碳14是碳的一种放射性同位素。碳的各种同位素存在于生物体(农作物、树木、动物以及人)中，构成这些生物体的有机分子便含有碳的同位素。

碳12和碳13没有放射性，从地球形成时它们就已存在。而碳14则不然，尽管自然界中不断地产生着碳14，但它不是由其他放射性同位素衰变生成的，而是由宇宙射线穿过高层大气层时产生的。

碳14在大气层中和氧气化合形成二氧化碳。由于宇宙射线的强度稳定不变，大气中二氧化碳的浓度也不会改变。在地球上活着的生物体内，由于新陈代谢的作用，吸收和放出的二氧化碳的过程保持不变。所有的生物都吸收微量的碳14，碳14与稳定的碳共存于细胞中。生物死亡以后，失去新陈代谢作用，不再摄入新的碳14，生物体内的碳14不断发生放射性衰变，并按固定的半衰期的衰变速度减少。

碳14的半衰期比5000年长。碳14变为氮14的半衰期大5730年。人们从来没有想到一个轻元素的放射性同位素会有这么长的半衰期。相比之下，碳11的半衰期只有20.5分钟。

无处不在的时钟

碳14的衰变极有规律，其精确性可以称为自然界的"标准时钟"。死亡的生物实际上就是无处不在的"时钟"，虽然很多文物本身不是生物体，如陶瓷、青铜器等，但总能在其上找到一些生物体的残留，像烟灰、油脂等，只要找到这些生物构成的碳14，就能探测出它们所附着的物体的年代。

不过，若无现代的高科技手段，人们是无法从文物样品中探知碳14的年代信息的，因为碳14在自然界的含量实在少得惊人，它和碳总量的正常比例只有一万亿分之一。但利用加速器质谱仪，根据不同粒子的拐弯半径不同可以容易地捕捉到碳14，通过测定埋藏地下或保存放置的生物体中的碳14和碳12的比例，按碳14已知的固定衰变速率进行计算，即可测出该生物体或文物的年代。因为加速器质谱仪能够数碳14的原子，就大大拓宽了碳14的测年范围，适用于了解从几百年到几万年历史时间内的具体年代。

鉴古知今的工具

在经济建设中，碳14测定年代有许多应用价值。建设电站、水坝、港口、桥梁和高层建筑等，地质基础的工程力学性质是工程设计的重要指标，不同的沉积层具有不同的工程力学特征。一般说来，沉积物的压实程度或固结程度与该地层形成的年代正相关，即形成年代越长，固结程度越高，抗冲击和承压性越好。北京饭店在施工时当挖至地面以下13米深处时，发现有两棵直径达1米的榆树倒卧在河流砂砾层中，用碳14测定该树距今约为29285±1350年，据此数据，建工部门决定停止再向下挖，而使用该层作地基，节约了大量资金、人力和物力。

近年来，人们通过研究溶洞中的石钟乳，已经测出3亿万年以上的古气候史，这对于指导一个地区甚至国家的宏观生态有着重要意义。

在很多领域里，碳14的运用已超越了测年的单纯目的。众所周知，癌症是人类尚未征服的疾病，现在人们把易于和生命相溶的碳14作为示踪剂，用它混入致癌物和细胞结合，从而发现癌症的成病机制，将对癌症的攻克实现重要的突破。

碳14由于和生命的特殊默契关系，随着科技的发展，它必将对人类显示出更加广阔而独特的价值。