考古对物品鉴定时间怎么知道是多少年?(高分题100)

考古学家到底是怎样鉴定物品年代的？求解释。~

有很多种办法的，比如古地磁法，钾氩法，热释光法，都可以用来推测你所说的那些年代比较早的文物的年代。但是其实这些都是近年才有的高科技方法。在此之间，主要的依据就是考古学的地层学和类型学。
关于你所说的那批矿石，具体情况我不清楚，但是年代应该是用别的一些高科技方法，原理应该和碳十四差不多的，只不过这次测的是铀的放射性，就是根据残存的铀的放射性以及铀本身的半衰期来推测。

人类历史信息只能通过对文物和化石的研究才能获得。要理解一个给定的工件在什么地方符合历史计划，就需要以可靠的精确程度来确定它的年代

岩石或化石生成后距今的实际年数，主要是通过测定放射性元素的衰变量而计算出来的。放射性元素以自己恒定的速度进行衰变，不受外界温度和压力的影响。在一定时间内，放射性元素蜕变的份量和生成的元素具有一的比例。例如，1克238铀经45亿年就有一半衰变了，只剩下0.5克铀，同时产生0.433克206铅。也就是说，238铀的半衰是45亿年。因此，如果测定含铀的化石中剩下的238铀和206铅的含量的比，就可以计算出该化石的绝对年龄。目前，常用放射性碳（14C）来测定化石的年龄，因为化石中往往含有碳。

运用放射性碳之所以能测定化石年龄，是因为大气受到来自外层空间的宇宙射线的冲击，会产生中子。这些中子和大气里的氮原子作用，会生成14C。14C与氧结合生成二氧化碳，二氧化碳又被生物同化，转变成生物体内的成分。这种14C又要陆续衰变成普通的氮原子。生活期间的生物体内，14C的含量一般只能保持不变的，但是，一旦死亡，和外界的物质交换停止了，就只会按照衰变规律减少。14C的半衰期是5700年。因此，根据含碳化石标本里14C的减少程度，就可以计算出该生物死亡的年代。

近年来，除应用放射性元素外，还应用古地磁法来测定化石年龄。

氨基酸——化石年龄的新测法
本刊曾经两次介绍过「年龄的故事」（注一），对地球及地球上各种古物的年龄之推算原理、算法等都详尽的讨论过。惟其所介绍的方法都是用纯物理化学的同位素法，如利用C14及H3之蜕变来测定等。现在发现尚有一种生物化学的方法，亦可以作为考证古物化石年龄的参考。

化学物质的原子互相结合时，因为排列的位置不同，可以产生不同的立体异构物。生物的基本构成单元如醣类。氨基酸与核酸，就不乏这种立体异构物。我们首先来看看氨基酸的构造：它是由碳、氢、氧及氮等所构成，其通式为，由此式我们知道，和碳素结合的原子或者分子都不相同，故可以有不同的立体异构物。为了简化起见，生化学家曾以甘油醛为标准先定出两种基本系列的氨基酸，即和右甘油醛（D－Glyceraldehyde）相像的为右系氨基酸，和左甘油醛（L－Glyceraldehyde）相像的为左系氨基酸。这裏所谓的左系或右系乃是理论的构造式，和氨基酸实际上右旋抑或左旋根本无关。但妙就妙在自从这种标准定了以后，在生物体内所发现的氨基酸多是左系的，而右系的却非常之少，就动物来说，几乎是等於零的。不过用人工合成的氨基酸溶液，因其机率均等，通常造成左右两种构造物浓度相等的溶液。这种氨基酸通常称为左右氨基酸或消旋物（Racemate）。生物体内的氨基酸成分经碱性加热反应时，便会立刻由纯左系的变成左右混合之消旋物。用酸水分解时，因为化石内的消旋反应为温度与时间的函数，所以其消旋反应在通常的情形下也就来的要比较慢一些了。假定地球上的温度变异不大，只要把化石中氨基酸的左、右异构物之比值（D／L）测量一下，即可推算化石的年龄，如果用化石的碳同位素C14法测定了年龄后，也可以由D／L比值来推算化石所经历的温度变化情形。目前，在考古上用得最多的是天门冬氨酸（aspartic acid），它在构成动物廿种蛋白质成分的氨酸中，是消旋反应最快的一种，在常温20℃时，它在头骨之collagen中的半衰期约为两万年，而以左异白氨酸（L-isoleucine）为最慢，半衰期往往长达十万年之久。氨基丙酸（alanine）和麦氨酸（glutamic acid）等位於此二者之间。如果要和C14比较时，它们的半衰期都比C14的五千二百年长的多，故对於比较古老的化石年龄计算，很有用。

现在我们就来谈分析的方法，如所周知，效果最好而又十分方便的仪器便是自动氨基酸分析仪（automatic amino-acid analyzor）。特别在考古工作上，因为像左异白氨酸和它的立体异构物右异白氨酸（D-allo-isoleucine）可以直接由自动氨基酸分析仪分开。所以实际的操作步骤，只要用盐酸水解化石，然后再以液体层析法（Liquid chromatography）将异白氨酸纯化，打入自动分析仪即可。其他种类的氨基酸的立体异构物，不能直接分析，必须先合成一种立体异构物的衍生物（diastereomeric derivative），然后才能用自动氨基酸分析仪分开。现在就以天门冬氨酸为例：可
以直接注入自动氨基酸分析仪分析。例如化学合成的天门冬氨酸（DL-form）、在现代骨骼中的抽取物及由埃及出土的古物UCLA 1695（注三），便可用这种方法分析（如图）。如以碳C14法测定UCLA1695测得其年龄应为17550±1000年，若用D／L法，（D／L＝0.316）便可测得其年龄应在15000年左右，这两种方法的差异竟有一两千年之多，症结是因后者假定地球表面温度变异不大，事实上古代的温度可能较低。

由此可知，这方法可以配合同位素法共同测量古物的年龄，其优点在於所用的样品为数不多，只要5到10克的化石就可以分析了，分析氨基酸立体异构物自然尚有其他方法，如巴斯德（L.Pasteur）早就用微生物来区别其左右异构物了，现在更有很多人用（enzyme）来分析，只是这些方法，处理起来较为繁复罢了。

注一：科学月刊四卷九期及四卷十二期（六十二年）。

注二：可自Cyclo Chemical Co.获得。

注三：本文参考：Science 1973, 182：479.Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1973, 70：1331.

放射性测量法(Radiometric Dating Method)

A.1 放射性测量法的原理

在测量时间方面, 常用的放射性测量法有:

(1)铀-铅法/铀铅侧年法(uranium-lead dating method);

(2)铷-锶法/铷锶侧年法(rubidium-strontium dating method);

(3)钾-氩法/钾氩侧年法(potassium-argon dating method).

这些母元素(element)或简称元素(铀、铷、钾)在衰变(decay)时, 就会变成其本身系统中的子元素(铅、锶、氩). 根据这个原理, 用一种称为分光计的仪器, 便可测量出母元素与子元素有关的放射线. 按照放射性测量法所测出的元素系统之衰变率, 便可决定已经衰变的年代有多久, 例如铀衰变成铅. 科学家测量一块岩石样本内铅的份量, 并铀变成铅的衰变率, 便可计算出石头的年龄.[2]

A.2 放射性测量法的弱点

这种测量年代的技术是基于下列三个“假设”(assumptions):

(1) 元素系统最初都是由母元素组成, 绝不含子元素;

(2) 从开始衰变以来, 其衰变率是恒久不变的;

(3) 元素系统是关闭性的, 没有任何增减.

以上三个假设, 没有一项经得起实验的证明. 例如, 没有人知道这些元素系统最初的成分; 认为这个系统一开始时就是百分之百的母元素, 绝不含一点子元素, 纯粹是一项假设. 其次, 没有证据显示过往和现今的衰变率完全相同不变. 自然界中的一切过程, 其速度都受一定的环境因素影响; 例如, 在辐射质变的过程中, 极端的高热就会大大地改变它的动率.[3] 第三, 在自然界根本没有所谓关闭性系统; 认为在长时间变化过程中, 不会有任何外界的影响, 这想法更是假想. 所以我们根本不可能主张一个母元素或子元素在数十亿年中, 在数量上从没有增加或减少. 因此, 建立在这三个备受质疑之假设的放射性测量法, 是不可靠的, 因为它纯属推测, 并有许多矛盾的地方.

A.3 放射性测量法的矛盾

放射性测量法有许多缺乏一致性的地方, 叫人置疑其准确性与可靠性. 例如, 阿波罗11号从月球带回来的土壤, 科学家曾用四种不同的放射性测量法推算其年代, 但却产生了四种不同的结果: (1) Pb207-Pb206法 = 46亿年; (2) Pb206-U238法 = 54亿1千万年; (3) Pb207-U235法 = 48亿9千万年; (4) Pb208-Th232法 = 82亿年. 从同一个地点取回的月球岩石, 用钾-氩法的方式推算, 年代则为23亿年. 再用另外五种不同的方法推算, 又得到五个不同的年代. 哪一个才是正确的呢? 这些资料曾在1970年1月30日《科学杂志》(Science)第167期上发布.

此外, 科学家用三种不同的方法, 来推算阿波罗16号从月球带回来的岩石, 其结果是由70亿年至180亿年的差距. 负责研究的科学家认为这些年代都不正确, 因为这些样本含铅量过高. 过后, 他们将这些样本以酸性处理的方法, 把铅去掉, 推算的结果为38亿年, 这样的结果才较可以考虑接受. 这是1973年1月30日《科学杂志》(Science)第916页上的报道.

再者, 第三个假设(即元素系统是关闭性的)表示在铀衰变成铅的例子中, 所有石块中的铅都是由同一石块中的铀衰变而来. 这导至推算出来的年岁, 远超出实际的年岁. 库克博士(Dr. Melvin Cook)是研究这领域的诺贝尔奖得主. 他发现铅并非如“假设”所说, 只从铀衰变而来. 他应用中子反应(Neutron reaction)修改了放射性测量法. 结果, 一块曾被测定为6亿高龄的质寒武纪时代石块(Cambrian Rock), 经修定测试后, 只有数千年的年岁.[4]

我们若质疑某种推算方法的准确性, 那么最好的验证方法, 便是用它来推算一种已知其年龄的材料. 若推算的结果与已知的年龄相符, 这就证明此推算方法是准确可靠的. 现在我们就拿一个已知其年代的火山岩样本, 用放射性测量法推算它的年龄. 1968年7月15日在《地球物理研究专刊》(The Journal of Geophysical Research)第73期报道, 1800年及1801年(即大约200年前)在夏威夷的水中所形成的火山岩, 曾以钾-氩法推算其年代, 结果显示它为1亿6千万年至30亿年前形成的岩石. 这足以证明放射性测量法所推算出来的年代, 与实际形成的年代, 有令人惊讶, 非常离谱的差距.

科学刊物中还有许多其他的例证, 显示这放射性测量法将近代才形成的火山岩, 推算为千万年至万万年前形成的年龄. 显而易见, 这些测量法的可靠性出了问题, 绝非人们所谓的那样准确. 但科学家就是用这种备受质疑的方式来推测, 并错误地断定地球和地层有数十亿年的历史.

A.4 放射性测量法的误导

科学刊物里的专题报道, 提出对年代的一些重要发现, 以支持进化论者对太初的看法. 这些年代许多是以放射性测量法推算出来的. 但很可惜, 许多读者都盲目地接受这些“推测的年代”, 从不过问其测量法的可靠性. 让我们看几个例子.

在1973年6月《国家地理杂志》(National Geographic)里有一篇重要的专题“头颅骨1470”, 报道在非洲由李察.里基(Richard Leakey)发现的一个人类头颅骨. 这篇专题指出, 这个头颅骨, 经推算有280万年历史. 第824页说明其确定年代的方法, 便是放射性测量法中的钾-氩法, 是先推算一些头颅骨附近的火山岩的年代, 过后才以它来推算头颅骨的年代.

另一篇专题就是1976年12月, 在《国家地理杂志》里报道有关由强生(Donald Carl Johnson)所发现的一些人体骸骨. 他把这副人体骸骨称为“露西”, 认为“露西”就是猿与人之间非常可信的关连. 第801页指出, 这副骸骨大约有300万年之年龄. 这年代的确定是就此化石周围的火山岩, 采用钾-氩法推测而来的.

此外, 在1979年4月《国家地理杂志》上, 刊登了一篇题为“灰烬时期的脚印”的文章, 作者玛丽.里其(Mary Leakey)认为这些脚印是360万年以前, 像人猿的人类所留下的. 她也是用钾-氩法的放射性测量法, 来测量火山岩而推算出此年代.

在这三个例子之前, 我们已经研讨过, 借着对已知其年代的火山岩而作的推算, 证实放射性测量法是非常不准确的. 因为放射性测量法竟把200年前在地球表面所形成的火山岩层, 推算到有数十亿年的历史. 此外, 奥士顿博士(Dr. S. Austen)于1992年10月在美国地质学会的会议上, 发表大峡谷溶岩的最新研究报告. 他指出从近期流动的溶岩中发现有系统性的同位素比率(isotope ratios)变化, 这是以前各类放射性测量法所忽略的. 如忽略这些改变, 会导至许多亿年的误差.[5] 证据昭彰, 我们必须质疑放射性测量法的可靠程度!

B. 碳-14年代测定法(Radiocarbon Dating Method):

以上所讨论的放射性测量法, 是用来推算无机体或无生命的物质之年龄. 现在让我们看另一种放射性测量法, 即碳-14年代测定法(radiocarbon or carbon dating method). 它通常用来推算有机体或曾经是生物一部分的物质之年代.

B.1 碳-14年代测定法的原理

一切有生命的组织内, 都含有碳-14(carbon-14). 这是一种具有放射性的元素. 碳-14年代测定法就是计算这种元素的多寡来推算其年代. 当副射穿过地球上的大气层, 普通的氮原子就变成放射性的碳-14, 部分与二氧化碳分子相结合, 然后被植物吸收进行光合作用. 动物会吃这些植物, 所以每一个有生命的有机体, 无论是植物或是动物, 都会有相当成分的碳-14. 一个有机物死后, 就不再吸取碳-14, 其原有的放射性元素就开始衰变(decay), 再变成氮. 借着测量样品内放射性碳的含量, 就可以知道它死亡的年代. 碳-14含量越高, 其年龄就越轻; 含量越低, 则年龄越大.

B.2 碳-14年代测定法的弱点

可是, 这种碳-14年代测定法有如其他几种用放射性来测量年代的方法, 都建立在几种主要的“假设”上. 为了使这种方法得以实施, 首先, 我们必须假定地球大气层中放射性碳的含量, 必须恒久不变. 换言之, 被推算的样本在活着的时候, 其所含放射性碳的形成率与衰变率相等. 其次, 我们要假定过往和现今的形成率和衰变率完全一致. 第三, 样本死后, 必须从未被放射性物质污染.

为公平地判定碳-14年代测定法是否准确, 让我们思考几项明显可见的证据. 这些环境因素的证据显示, 放射性碳在过去与现今的形成率并不一致:

(1) 过去130年, 地球磁场大约衰减了百分之十四. 磁场衰减令穿过地球大气层的宇宙辐射增多, 也就提高了碳-14的形成率. 这个现象证明碳-14在过往的形成率并不一致;

(2) 以往的火山活动也是重要的因素. 火山爆发的主要结果之一, 是放出二氧化碳. 在火山爆发猛烈的时期, 碳-14的均衡便被扰乱, 因而影响这年代测定法的价值;

(3) 太阳光会增加放射性碳的形成率;

(4) 过去几十年的核子试爆, 会增加放射性碳的形成率;

(5) 流星及陨石在地球上空中的碰撞, 会促使放射性碳的形成率激烈增加. 例如, 1908年在西伯利亚的东古斯加河谷(Tunguska)发生的大爆炸, 正是流星或陨石在地球大气层中爆炸使然. 世界各地树木上的年轮(annual growth rings), 都显示西伯利亚大爆炸后的一年, 放射能的度数比平常增加了很多.

以上几点推翻了“过往和现今的碳-14之形成率和衰变率是一致”的假设. 此外, 现代的研究指出, 碳-14的形成比它的衰变少24%. 这点获得发明碳-14年代测定法的利比博士(Dr. Libby)所证实. 因此所有用这方法算出的年代, 必须加以调整, 而这调整足以使其年岁大为减少. 《放射性碳》期刊(Radiocarbon)曾刊载数个例证, 例如产自俄罗斯的煤, 曾被认为有3亿年之久, 经调整后只有1,680年而已.[6]

B.3 碳-14年代测定法的矛盾

在刊物上发表的各种科学文章, 用碳-14推算出来的年代, 到底有多可靠呢? 许多科学家认为用这种方法计算年代非常可靠, 像瑞士生产的钟表那么精确. 不过, 让我们客观地思考几个例证, 来看出这个方法的可靠性, 其实大有疑问.

根据元素的衰减程度来判断,元素的衰减是有固定周期的,碳就是一种很好的用于检测的元素,科学家可以通过仪器测得这种元素现在的剩余量,经过计算就可以推算出它大概衰减了多少年,同时也就知道了由它所构成的这件物件存在了多少年.

通常是测定C14的残余量.
PS:常识性的,地球的年龄是46亿年,人类的出现是近200万年,大约有6000年的文明史,13亿年的花瓶........

1,地质分析(土壤,深度,附近地壳地貌)
2,元素分析(高中学的那个)

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