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通过树轮年代校正曲线来进行校正。树木春长秋止,在树干截面上形成疏密相间的年轮,年轮的宽窄是由当年的气候等因素决定的,科学家根据年轮的宽狭序列便可知道其生长的年代。他们首先建立起近几万年的树轮序列,然后测定每一个年轮的碳十四含量,作出了一个曲线,就是树轮年代曲线图。用它校正,可将误差缩减到几年。
凡与大气发生过交换平衡的含碳物质,如木、碳、生物体、泥、贝壳、骨、碳酸盐等,均可用于14C测年。
样品类别
样品种类
采样量(g)
木质
树木、竹子、木器
50-100
碳质
木炭、炭化木
20-50
生物体
果实、各种编织物
100
泥质
泥炭、粘土、土壤
500-2000
贝壳
壳体、礁体
100-200
骨质
骨骼、牙齿、角
>100
碳酸盐
灰华、钙结核、钟乳石
100
为了保证数据可靠性和正确使用数据,采样注意事项:
A所采样品要防止后期污染,包括采样过程、运输、实验室处理中有可能出现的碳污染;
B要注意所采样品的埋藏状态,如是否经过搬运等。
现在已经普遍采用超高灵敏度加速器质谱仪(AMS,AcceleratorMassSpectrometry)。它与常规14C测年的原理是一致的,但技术不同,常规14C法是采用ß计数法,测量的是一定时间内样品中发生衰变的14C原子数,而AMS14C测定的是样品中现存的14C原子数,或更准确地说测量样品的14C/12C原子数比值。由于14C半衰期相对较长,一定时间内发生衰变的14C原子数相对于总原子数是及其微量的,因此常规14C法要用几克纯碳,测量要几天的时间,而AMS14C只要毫克数量级的纯碳就够了,每30分钟便可以测量一个样品,不仅使样品量大大减少(只需纯碳1-100mg),而且精度也大大提高。我国第一个AMS14C实验装置是北京大学重离子研究所与北京大学考古系合作建立的。
一般在5万年以内。
以238U和235U为母体产生的衰变系列中,包含有许多子体,在正常的地质过程中,这些子体与母体分离,衰变链被断开,从此母体与子体各自按本身的半衰期进行衰变,母体则衰变形成子体核素。利用辐射探测器可测定核素的放射性比值,以此推算出沉积物的年龄。它分为两种,一是常规的а能谱铀系法,一是热电离质谱法(TIMS),都是基于样品中235U和238U衰变系中各核素间放射性平衡的破坏和重建,通过测量样品中231Pa/235U和230Th/234U原子数比或放射性活度比计算年代。а能谱铀系法曾帮助建立了我国第一个较完整的旧石器考古遗址的年代框架。80年代末发展起来的TIMS测年法与а能谱铀系法相比,用样量减少一个数量级,测量时间从几十小时减少到2-3个小时,精确度也有较大提高。
核素
半衰期/a
234U
×105
230Th
×104
226Ra
×102
210Pb
×10
231Pa
×104
适用于铀系法的样品有泥质沉积、碳酸盐沉积、生物贝壳、骨化石、珊瑚、铁锰结核、冰雪及水等,一般要求样品在10g以上。80年代末发展起来的TIMS测年法与а能谱铀系法相比,用样量减少一个数量级,测量时间从几十小时减少到2-3个小时,精确度也有较大提高。
理论上,铀系法的测年范围可达百万年,但现阶段以测定10-40万年内的样品最为灵敏,由于具体方法不同,其测年范围也有不同,如不平和铀系法的范围为50万年,230Th为20-40万年,231Pa为20-15万年,210Pb为小于15万年。而TIMS测年法测年下限从距今35万年延长到距今50万年左右。
-氩法(K-Ar法)
自然界中的K在地壳中含量丰富,%。由三种同位素(39K,40K,41K)组成,其中非放射性同位素39K,%以上,%。40K有两种不同的衰变方式,约有89%放射一个电子,衰变成40Ca,余11%以捕获K层一个电子的方式衰变成40Ar。放射性成因
的40Ca与原来岩石中的40Ca无法加以区别,难以定量估计。因此只有40K衰变成40Ar容易测定,可作为断代的根据。氩是惰性气体,在火山岩形成时,由于高温,岩石中不可能保留有气体,冷却后,放射性成因的40Ar才逐渐在岩石中积累,只要测得样品中40Ar和40K的比值,就可求得样品的年龄。
凡是含K并能牢固地保存衰变子体40Ar的样品,原则上都可用于K-Ar法测年。常用样品有火山岩(全岩或其中的黑云母、透长石)、沉积岩中的同生海绿石、钾盐和陨石等。,重量要求30g以上。
传统的K-Ar法主要用于测定老地层的年龄,而近年来稀释法和中子活化法的建立使第四纪样品也可用于测年,主要用来测定早期遗址和古人类的年代,范围在10万年以上。
(TL法,Thermoluminescence)
一些不导电的晶(固)体物质,在放射性射线辐照之下,以其内部电子的转移来储藏辐射能量。其方式是晶体在周围放射性元素放射出来的
а、в、γ射线辐照下产生电离,大部分能量以晶体发热的形式被消耗掉,另一小部分电子则被晶格缺陷所俘获,并留下空穴。这些落入陷阱的电子必须有足够的动能才能重新从陷阱中逸出而与空穴复合。在常温下,电子在陷阱中的状态是稳定的,只有在加热的情况下,陷阱中的电子动能增加,被俘获的电子才能从陷阱中射出,与空穴复合并以光量子形式释放出热量,称之为热释光。热释光断代就是利用热释光技术,测定各类样品最后一次受到热事件或在阳光下受到光晒退"归零"以后,晶体物质被埋藏并再次遭受周围放射性元素辐射所重新积聚的能量,这种能量可以通过人工晒退求得,也就是说通过加热或光照测定样品中释光信号的强度(与被俘获电子数目成正比)和年受照剂量的大小便可以推算出自上次受热或曝光以来所经历的时间,也就是上次归零以后能量重新积累的时间。
用于热释光测年的样品必须经历过热事件并被埋藏,因此,适用的有:火山物质及火山烘烤层、陶瓷、砖瓦及各类烧土、灰烬、陨石、风积物(石英砂)。为避免所采样品再次遭受热事件,采样和运送中要采用黑袋或黑盒,而且要求采样有一定的深度(
50cm)左右。样品采集量一般应在200g以上,并应同时采集样品周围土样200-300g,供测量铀、钍、钾剂量之用。
数百年至几十万年之间。
五、光释光法(OSL法,opticallystimulatedluminescence)
与热释光类似,是在它的基础上发展起来的。光照射矿物晶体,尤其是硅酸盐矿物晶体,激发晶体先前贮存的电离辐射能,并以光的形式释放出来,亦即晶体被光激发而发射的光,就是光释光(OSL)。通过测量OSL信号的强度,建立OSL信号与辐照剂量的关系,就可获得样品埋藏期间所吸收的电离辐射剂量即等效剂量DE值,而DE值又是样品接受的年剂量和样品埋藏时间的函数,相当于样品年龄=。环境剂量率可通过样品及其周围物质的铀、钍、钾和含水量的测量来获得。也就是说:通过测量样品的光释光(OSL)信号强度和环境剂量率,经过OSL信号对辐照剂量的响应函数可获得样品的沉积埋藏年龄的技术即为光释光(OSL)测年技术。