14碳检查,2014年的碳检查有哪些重要发现和启示?
随着全球气候变化的日益严峻,2014年碳检查成为各国政府和环境专家高度关注的热点话题。在对全球范围内进行了大规模的碳排放检查后,发现了许多重要信息和启示。
以下是2014年碳检查中最重要的发现和启示:
1. 全球二氧化碳(CO2)排放量创历史新高。由于经济增长、城市化进程和工业化程度的加剧,人类活动产生的二氧化碳排放不断增加。这表明我们需要更加积极地探索新型能源替代方案,以减少我们对传统能源的依赖。
2. 工业与城市建设过程中需要提高在低一段时间内捕获并尽可能重新利用 CO2 的技术水平和能力。例如,在一些国家,已经有公司开始从空气中收集 CO2 来制造纯净饮用水。
3. 投资可持续性项目:政府部门应该引导或支持可持续性投资,并给予相关企业解决此类问题所需费用等优惠方式来确保未来对环境做出正面影响。同时向社会公众普及相关环保教育知识。
4. CO2 减排政策的实现需要全球合作。由于各国发展阶段和目标存在分歧,我们需要贯彻“共同但有区别的责任”原则,以确保各国在自身能力范围内采取切实有效措施来减少碳排放。
5. 不仅节能还要科学利用资源。怎样更好地利用现有的石油、天然气等已有能源,是摆在人类面前一道紧迫而重要的命题。
以上五点是2014年碳检查中最具代表性和重要性的发现和启示。为了防止环境污染带来不可逆转的影响,我们应该进一步加强对CO2减排技术研究和投资,并相互合作,在全球层面上推动低碳经济模式。
如何用碳14测定年法?
碳14测年法的发现
1947年,美国芝加哥大学化学家弗兰克·利比,首次用放射性同位素碳14,准确测定了曾经有过生命的有机体的年代。森档兄碳14测年法的发明,对于考古学、海洋学和地球科学是一个巨大的贡献。
在历史的漫漫长路上,人类许多的文明成果都被岁月的风尘湮没了。为了分辨人类的历史脚步,考古学诞生了。但在很长的一段时间里,考古学家只能根据历史记载和古历法等来考证人类的历史进程,而对于没有记载的历史年代便难以查清了。
美国芝加哥大学化学家弗兰克·利比为寻找一种准确考定历史年代的科学方法,查阅了很多先驱者的论文。其中,英国著名科学家卢瑟福的论文给了他很大的启发。卢瑟福曾建议用岩石中积累的放射性衰变元素来确定地壳中岩石的年龄。“确定年龄”这四个字,对于利比具有极大的吸引力,这不正是他日夜思念的研究课题吗?
研究表明,自然界中的一切物质都是由化学元素组成的,化学元素分为两大类,一类是稳定的元素,另一类是放射性元素。放射性元素的原子不断放射射线,并逐渐转变为另一种原子,这种现象称为放射性衰变。这种衰变是有一定规律的,因此,放射性衰变的规蠢燃律以及衰变的产物都与时间这个因素有关,也就是说,它们可以被用来确定时间的变化。
卢瑟福给利比的最大启示就是确定年龄与放射性有关。可是,利用什么化学元素的放射性呢?这个问题就要由利比来解决了。
在自然界,由化学元素组成的物质分为两大类,一类是无机化合物,例如岩石、矿物和盐类,最普通的就是我们吃的食盐(氯化钠)。第二大类是有机化合物,它主要由碳、氢、氧三种元素组成。动物和植物等有生命的物质的体内存在着大量的有机化合物。通过以上分析,利比恍然大悟,考古学的对象不就是动物和植物的化石、古代此袭的建筑吗?其中不就存在着大量的有机化合物吗?
下一个问题是应该选择有机化合物组成中的哪一个元素,首选的当然是碳,因为在古代的遗物和遗址中,随着时间的推移,有机化合物中的氢和氧是要变成水分而丢失的,只有碳这个元素是能够永存下去的。选择碳的另一个原因是碳这个元素存在着碳14这个放射性同位素。
那么,天然有机化合物和动植物体内为何会存在碳14呢?研究发现,宇宙射线从太空不断轰击大气层,这种轰击会使大气层中部分普通的碳原子形成放射性碳原子。利比认为,当植物活着的时候,由于不断地进行光合作用,二氧化碳(包括碳12和碳14)不断地进入植物体内,植物被动物吃掉,碳14又进入动物体内。因此动植物体内的碳14的含量是不断变化的。但是,一旦植物或动物死亡了,植物不再吸收大气中的二氧化碳,动物也不再吃植物了。于是,动植物在死亡以后的年代里,其中的碳12不再发生变化,其数量固定了下来。可是,碳14是放射性同位素,仍在继续不断地进行衰变,因此死亡动植物体内的碳14的含量在一天天地减少。碳14的量是可以通过测量其放射性确定下来的。碳14的半衰期为5730年,即经过5730年以后,碳14的量只剩下了一半。
利比看出运用这种规律有助于测定古代有机物的年代,便决定用考古学上已经十分确定的遗迹来核对他的考古学时钟。他选中了举世闻名的金字塔,因为埃及在建造金字塔时是有确切的年代记载的。利比把3700年前埋在埃及法老塞奴斯芮特三世墓中一艘船的木料拿来测验,结果断定它有3621年历史。
放射性碳测定年代法所能断定的年份最久的达50000年,但是在测定如此悠久的年代时不一定太准确,因为大气层中的放射性碳含量可能已有增减。尽管如此,放射性碳测定年代法仍然是最常用的考古方法。
碳14测定年份真的准确吗?
“我们知道真理不会互相抵触,所以如果物理学的理论是正确的,所得的结果必定由正确认识圣经得到印证”;“有人指控我的发现是暗示圣经有错误,我却认为我在物理上的精确研究,更印证圣经的准确性。。。。只有相信圣经是绝对真理的人,才有勇气对世界上任何伟大的理论提出挑战”——伽利略
科学家使用称为 放射测年法的技术估算岩石、化石和地球的年代。许多人被引导相信,放射性测年法已经证明地球有几十亿年之久。这引起许多基督徒重歼局新评估圣经的创造记录,特别是创世记第一章中 “日”一词的意义。当我们特别集中注意这种特别形式的放射性测年法(碳测年法)的时候,我们就会明白碳测年法强有力地支持年轻的地球。
基础
在我们详细探讨如何使用放射测年法之前,我们需要回顾一些来自化学的初步概念。想想原子是物质的基本模块。原子是由更小的粒子组成的。它们称为质子、中子和电子。质子和中子组成了原子的中心(核子),电子形成核子周围的外壳。 原子核中质子的数目决定了元素类型。例如,所有的碳原子都有6个质子,所有的氮原子都有7个质子,所有的氧原子都有8个质子。原子的类型不同,核子里中子的数目因特定的原子类型而变化。那么,一个碳原子可能有6个中子,或7个中子,可能或8个中子—但它总是有6个质子。 “同位素”是一种元素几个不同形式中的任一个,每个形式有不同的中子数。 某些元素中有些同位素是不稳定的。它们在称为 “放射性衰变”的过程中会自然改变成另一种原子。既然这一过程是以已知的速率发生的,那么科学家试图用它像 “钟”一样了解岩石或化石是在多氏让让长以前形成的。放射测年法有两种主要的应用。一种是使用碳 -14测定化石(曾经存活的生物)的年代,另一种是用来测定岩石的年代和地球的年龄。
碳 -14测年法
碳-14(14C)也被称为放射性碳。有人声称它是可靠测年法, 它确定化石年代达到5万至6万年之间。如果这种说法是真实的,那么年轻地球(大约6千年)的圣经记录是有疑问的。因为几万年的14C年代是普遍的。 当科学家对数据的解释与经文清楚的意思不一致的时候,我们绝不应该重新解释圣经。神明白自己要表达什么,而且他对科学的理解是无误的,而我们的理解是有误的。那么我们绝不应该认为更改他的话语是有必要的。创世记第一章定义创造的日是按照字面解释的日( “日”一词与数目一起在旧约中总是意指正常的日, “有早晨,有晚上”进一步定义日为按照字面解释的日)。既然圣经是神默示的话语,那么我们应该问以下几个问题来检查14C测年法标准解释的有效性:
对数据的解释是来自经验性的观测科学,还是对过去事件的解释(历史科学)?
在测年法中含有任何假设吗?
14C测年法所提供的年代与我们所滑启观察到的一致吗?
所有科学都接受14C测年法是可靠和准确的吗?
所有的放射性测年法都使用现在的科学程序解释过去所发生的事件。这里所用的程序不是没有疑问。世俗的(进化论的)世界观解释宇宙和世界有数十亿之久。圣经教导年轻的宇宙和地球。科学支持哪一种世界观?难道碳-14能解决哪一种世界观更准确吗?
使用碳-14测年法常常受人误解。 碳-14主要用来测定曾经存活的生物(有机体)。它无法被用来直接测定岩石的年代。可是,它可以被用来对某些有机体,如钻石(钻石包含碳-14)的时间。因为碳-14的衰变率很快,它只能测定几千年范围的年代,而不是几百万年。
碳会自然产生三种不同的类别(同位素): 12C、13C和14C。
碳-14被用来测年的原因是它很不稳定(放射性),而12C和13C是稳定的。放射性的意思是碳-14会随着时间的过去衰变(放射出射线),于是变成不同的元素。在此过程期间(称为 “β衰变”),碳-14原子中的中子会转变成质子。因着失去一个中子和得到一个质子,碳-14被变成氮-14(14N = 7个质子和7个中子)。
如果碳-14不断地衰变,地球最终会消耗所有的碳-14吗?答案是否定的。碳-14不断被增加到大气层中。从外太空来的宇宙射线(包括高水平的能量) 撞击地球上空的大气层。这些宇宙射线与大气层中的原子发生碰撞,使它们产生分裂。来自这些碎片原子的中子与氮-14原子(大气层主要是由氮和氧组成的)发生碰撞,把它们转变成碳-14。 一旦碳-14产生,它就会与大气层中的氧结合(12C表现像14C。一样,也会与氧结合)产生二氧化碳(CO2)。因为CO2会与植物混合(意思是我们吃的食物包含12C和14C),所以12C和14C在所有的活生物中应该有同样的比率,正如在我们呼吸的空气中一样)。
碳-14测年过程是怎么工作的?
一旦活生物死亡,测年过程就会开始。只要有机体仍然活着,它就会继续吸引14C;可是,当它死亡的时候,它就会停止。既然14C是放射性的(衰变为氮-14),死亡有机体中14C的数目会随着时间的过去变得越来越少。因此,测年的过程包含测定14C数目(衰变后仍然存在的部分)。科学家现在使用一种称为 “加速器质量光谱仪”(AMS)的装置来确定14C到12C的数目,这增加假定的准确率到8000年左右。为了实际地对年代作出测量,我们也需要了解其它的事情,其中两件事情包括以下的问题:
14C衰变有多快?
当生物死亡时它里面14C数目是多少?
放射性元素的衰变率可以根据半衰期来描述。原子的半衰期是指样本中半个原子衰变所用去的时间。 14C的衰变期是5730年。例如, 开始(在时间 “零”时)装满14C原子的罐子在5730年结束时(一个半衰期)会有一半的14C原子和一半的14N原子。在11460年结束时(二个半衰期), 罐里会有1/4的14C原子和3/4的14N原子。
既然14C的半衰期是已知的(它衰变的速率),那么惟一留待确定的部分是化石中14C开始的数目。如果科学家知道生物死时其中本来所含的14C数目,他们就可以测定现在的数目,然后计算多少个半衰期已经过去。
既然没有人测定过生物死时14C的数目,科学家就需要找到一种确定多少14C已发生衰变的方法。要做到这一步,科学家使用了碳的主要同位素—称为碳-12(12C)。因为12C是稳定的碳同位素,所以它会仍然恒定不变;然而,生物死后其中所含的14C数目会减少。所有的活生物都是从食物和呼吸中得到碳 (14C和12C)。因此,活生物中 14C和12C的比率与大气层中一样的。这个比率会使每30亿个碳-12原子产生一个14C原子。科学可以使用这一比率确定14C开始的数目。
当有机体死亡的时候,这一比率(1比1012)会开始改变。 12C的数目会仍然不变,但是14C的数目会变得越来越少。比率越小,有机体死亡的时间越长。以下的图表显示了使用这一比率所估测的年代。
最重要的假设
碳-14测年法使用的最重要假设是与这一比率有关的。有人认为, 14C和12C之间的比率一直以来都是同样的(1比1012)。如果这一假设是真实的,那么AMS(加速器质量光谱仪)测年法的有效性将会达到80万年。除了这个数字以外,科学家所用的工具不能查明足够的残余14C(在年代估算上是有用的)。这是测年过程中最重要的假设。如果这个假设是错误的,那么这种碳-14测年法将会给出不正确的年代。什么会引起这一比率的改变?如果大气层中14C的生产率不等于损失率(主要是通过衰变),这一比率就会改变。换句话说,大气层中产生的 14C数目必须等于稳定状态(也称为 “均衡”)的数目。如果这不是真实的, 14C和12C之间的比率就不是恒定的,这会使标本中14C开始的数目难以或不可能准确地加以确定。
利比博士(Dr。Willard Libby)是碳-14测年法的创始人。他假定这一比率是恒定不变的。他的推论是基于进化论的信仰。这一信仰假设地球一定有几十亿年之久。科学界33的假设是极其重要的。如果开始的假设是错误的,所有基于这一假设上的估算可能是正确的,但仍会得出错误的结论。
在利比博士最初的著作中,他注意到,大气层似乎并不是均衡的。这对利比博士来说是难以理解的概念,因为他认为地球有几十亿年之久,而且达到平衡需要的足够时间已经过去。 利比博士的估算显示,如果地球开始时在大气层中没有14C,建立稳定的状态(均衡)就要达到3万年。如果宇宙射线(在目前强度下)有2万或3万年,而且如果宇宙中所储藏的碳这里没有发生一点改变,那么在生命圈中,目前的所有物质的放射性碳原子的分解率和新放射性碳原子的吸引率之间, 一定存在完全的平衡。
利比博士选择忽视这种矛盾之处(非均衡状态),并把此归因于实验错误。然而这一矛盾已经变成非常真实的。 14C和12C之间的比率不是恒定的。14C的单位生产率(SPR) 是每克碳每分钟会产生18.8个原子。单位衰变率(SDR)是每克碳每分钟只会分解16.1个原子。这是什么意思?如果要用大约3万年才能达到平衡,而且14C仍是不平衡的,那么或许地球不是很老的。
地球的磁场
其它因素会影响大气层中14C的生产率。地球周围有一个会保护我们免受外太空射线伤害的磁场。这一磁场正在衰变中(变得越来越弱)。地球周围的磁场越强,能够达到大气层宇宙射线的数目越少。这会使得地球过去的大气层中产生较少的14C。碳-14水平长期变化的原因无人知晓。变化肯定由于放射性碳宇宙射线生产率发生改变。宇宙射线流量和碳-14生产率不仅是太阳活动的功能,而且也是地球磁场偶极子力矩的功能。尽管地球磁场的力矩很复杂,但它是与巴恩斯(Barnes)基本的假设是一致的。他的假设如下:地球磁场总是自由衰变的……不管磁场有什么变化,它总是在不断失去能量,所以它不可能超过1万年。有科学家说,地球磁场是在不断衰弱之中。今日它比德国数学家高斯(Karl Friedrich Gauss)在1845年开始观察到的弱10%左右。
创世记大洪水
创世记在碳的数目产生过程中可能起的作用是什么呢?洪水会埋藏活的有机体(植物和动物)而来的大量碳,从而形成今日的化石燃料(煤和油等)。化石燃料的数量显示,洪水之前的植物一定比今日植物的数目多得多。这意味着,在洪水之前有机体中的碳可能比今日要多500倍。这会进一步冲淡碳-14的数目,并引起14C和12C之间的比率比今日更小。
如果是这种情况的话,这种碳-14就会均衡地分布在生物圈范围之内。例如,生物圈中碳的总数是今日世界的500倍,结果使碳-14与碳-12之间的比率是今日世界的1/500…… 当洪水和磁场衰变站在同一考虑之列的时候,相信均衡假设是不合理的。 由于这种错误使用洪水前14C进行的测年估算的假设会得到比真实年龄要老得多的年龄,我们测出洪水前物质的年龄可能是真实的年龄10倍。
RATE团体的发现
1997年,一个8年的科研项目开始调查测定地球的年龄。这群人被称为RATE团体(同位素和地球年龄)。这群科学家包括:
大气科学博士Larry Vardiman
物理学博士Russell Humphreys
物理学博士Eugene Chaffin
地球物理学博士John Baumgardner
物理学博士Donald DeYoung
地质学博士奥斯丁(Steven Austin)
地质学博士Andrew Snelling
希伯来语和同源词研究博士Steven Boye
该项目的目标是收集进化论所忽视或删去的资料。科学家对那些用于估测岩石和化石之假设和程序进行重新评估。碳-14测年法的结果显示,漫长的地质时代的看法存在严重的问题。根据进化论者所说的,从10个不同的煤层中所得到的样品代表了地质柱上10个不同的时期(新生代、中生代和古生代)。 RATE团体从美国能量煤样品库部(U.S.Department of Energy Coal Sample Bank)获得了10种以上煤样品。这些煤样品是从美国主要的煤田收集得到的。这些煤样品基于标准的进化论时间估算有几百万到几亿的年龄。它们都包括大量的14C。这是一个具有重大意义的发现。因为14C的半衰期相当短(5730年),所以10万年后不应该留下可检测的14C。以上三个时期而来的所有煤层中14C的平均估测年龄大约是5万年。不过,使用更现实的洪水前14C/12C比率将会减少那个年龄到5000年。
这些结果显示,整个地质年代小于10万年—可能更年轻。这不仅证实了圣经的可靠性,而且也挑战了漫长地质年代的进化论观念。因为碳-14的寿命如此之短,所以这些AMS[加速器质量光谱仪]测量对标准的地质时间表提出了挑战。这个时间表标明这部分岩层的年龄处于几百万到几亿年之间。
RATE团队另一个引人注意的观察是从钻石中所发现的碳-14数目。世俗的科学家用其它的放射性测年法,测定钻石的年龄是几百万到几亿年之间。这些方法也以那些可疑的假设为基础的(我们会在第9章探讨这一主题)。因为钻石的硬度很大(已知最硬的物质),所以它对化学交换造成的污染有极强的抵抗力。既然进化论标准认为钻石如此古老,那么发现它们其中含有碳-14应该是较近的创造。
RATE团队分析了十二种钻石样品,以便得到可能的碳-14内容。与煤的结果相似,所有十二个钻石样品都包含可检测的碳-14,但它们的水平很高。这些发现有力地证明:煤和化石不可能有几百万到几亿年的年龄。我们在地质时代的所有化石层(在煤和钻石上)都发现了碳-14。这个证据印证了地球合乎圣经的时间表是几千年,而不是几十亿年。因为碳-14的半衰期很短,这一发现证明,碳的起源和地球也许整个地球的起源不是很久远的。
结论
所有的放射测年法都是基于对过去发生事件的假设。如果这些假设被接受为真实的(一般是在进化论的测年过程中),那么结果对理想的年代会产生偏差。在教科书和其它刊物所记述的年代中,这些进化论的假设是有疑问的,虽然那些与很长年代不符的结果已被删去。当这些假设在评估下显示有误的时候,那么结果会支持全球性洪水和年轻地球的圣经记录。基督徒应该不要害怕放射性测年法。碳-14测年法实际上是基督徒的朋友;它支持年轻的地球。
“现在是过去之钥”被认为是地质学家莱尔(Charles Lyell)在近两个世纪之前所提出的概念。RATE科学家相信,这一概念对几百万年或几亿年的地球历史是没有根据的。对碳-14数据可供选择的解释是:地球经历了全球性洪水大灾难,从而留下了岩层和化石…… 无论碳-14的来源是什么,它在全球的几乎每个测试中都对地球古老说是一个强有力挑战。碳-14数据现在强有力地支持年轻地球的历史观。
用碳14鉴定古董的好处有哪些?
用碳14鉴定法鉴定瓷器并不十分准确,原因如下:
1、所谓的“碳十四鉴定”即放射性碳定年法,是利用在自然界中广泛存在的碳十四来测量“动物和植物”的年龄。动物与植物都属于有机物,然而大多数文物比如瓷器、陶器、青铜器都属于无机物,所以碳十四测年在考古方面的应用十分有限。
2、碳十四法主要用来鉴定高古文物,晌消吵一般指年代比较久远的,而一般文物都在一两千年以内,所以一般不会用碳十四法来断代。
3、还有精度的问题,即使进行高精度的测量,这种方法也存在正负20-40年的误差,这种数据经过校正放在95%的置信度下,最后给出的年代范围通常会落在几十到几百年。
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扩展资料
由于碳元素在自然界的各个同位素的比例一直都很稳定桥喊,人们可透过倾测一件古物的碳14含量,来估计它的大概年龄。这种方法称之为碳定年法。
不过,碳14测年法所测得的年代有颇大的误差。因此,假若所测的物件比较近代,相对误差也更大。另一方面,碳14测定法亦有可能受到火山爆发等自然因素影响。所以,若没有其他年代测定方法来检订,单单依赖碳14的测年数据是完全不可靠的。
C14的半衰期只有五千多年而地球存在已有数十亿年,自然界却存在着保持一定水平的放射性碳元素,为使 C14的产生和衰变处于平衡状态,保持一定水平,必然存在着一种源泉。这个来源就在大气高空层,在那里,宇宙射线中子和大气氮核作用生成C14。
C14法创始人利比(W.F.Libby)从宇宙射线和人工核反应的研究中得到启发,认为自然界存在生成C14的宴侍条件,有可能检测出来,经过仔细考查计算,并在实验中解决了低能量低本底测量上的技术问题,测出了自然C14。由此建立了C14测定年代的方法。
参考资料:百度百科-碳十四
碳14测年的测量适用范围及注意点
历史学、人类学和考古学是三个截然不同但密切相关的知识体系,它们借助过去告诉人类现在。历史学家可以知道不同地区有哪些文化曾经兴盛,以及它们衰落的时间。人类学家可以描述人的生理特征、文化、环境和社会关系。考古学家则证明文物的存在或揭开历史或人类学的发现。
没有其他任何科学能像考古学那样,毋庸置疑地丰富了人类的历史。考古学已设法解开了人类很大一部分未留下记录的历史之谜。
和生物科学不一样,研究以前人类生活和活动残留的材料对普通人来说可能并不重要或令人兴奋。但是,考古学旨在了解人类,它是一项超越发掘宝藏、收集信息和测定年龄的崇高的事业。正是了解了昔日文化不再存在的原因后,人类才明白了确保历史不会重演的关卖世键所在。
多年来,如果不是凭借放射性碳定年、树轮年代学、古地磁断代、氟化物定年、光释光测年以及黑曜石水化分析等技术,考古学发现的历史文化信息将永远都不被人所知。放射性碳定年技术的应用已有50年了,它彻底改变了考古学。碳14定年迄今仍是一项强大可靠的、广泛适用的技术,对于考古学家和其他科学家来说极其宝贵。 任何可能影响骨头的碳14含量的含碳物质都被认为是一种污染物。由于考虑到骨头经常接触不同种类的有机物质,因此,它可以说是提交给AMS实验室进行放射性碳定年的污染最严重的样品之一。
常见的污染物有腐殖酸和富里酸,它们是存在于土壤中的由植物或动物组织的微生物降解产生的有机酸。根据文献记载,其他可能污染骨质样品的有机化合物有多酚、多糖、木质素和退化的胶原蛋白。根据挖掘位置的不同,骨骼也可以被石灰石污染。这些污染物被认为是自然的污染物,因为它们与骨骼的接触是自然发生的,早桥而非人为发生的。
人为污染物是人类在收集、保存或包装骨质样品的过程中产生的污染物。当采用动物胶给骨头贴标签时,污染物已经被带入到样品中。这是因为动物胶的化学成分和骨质样品完全一样。那么该样品的加速器质谱仪实验室结果会不准确。
在骨头被挖出后可能会污染骨质样品的其他物质包括杀虫剂、聚醋酸乙烯酯和聚乙二醇(保护化学品)、烟灰,以及纸做的标签或者包装。 将贝类样品提交给加速器质谱实验室进行碳十四测年前需考虑的因素之一是有机体吸收碳时的当地环境。加速器质谱实验室分析员必须知道贝壳类样品可能接触到的污染物种类。
任何接触后可以改变贝壳类样品的含有碳14的含碳物质都是污染物。这意味着,碳酸钙、土壤腐殖物质以及土壤二氧化碳都是潜在的污染物。进行放射性碳测年的贝壳类样品的最常见的污染物是那些由同位素交换和再结晶造成的污染物。
加速器质谱实验室在进行碳14测年之前需进行预处理,以去除所有可能会导陆配猛致结果不准确的污染物。
有两种和贝壳的放射性碳定年有关的源效应或碳库效应:海洋效应和硬水效应。由于这些效应的存在,必须对贝壳的放射性碳定年结果进行年龄补偿评估。
海洋效应是海洋地表水和深层水缓慢混合的结果。大气层和生物圈之间通过二氧化碳的快速碳交换与大气和海洋之间的碳交换并不完全一样。
大气和地表水之间实现二氧化碳的平衡相对较快。然而,地表水与深水的碳交换速度却非常缓慢,以至于从地表水吸入的二氧化碳的碳14含量和从深水释放出的二氧化碳的碳14含量可能处于放射性碳衰变的不同阶段。研究表明,碳14在大气中的停留时间为6年到10年不等,而碳14在海洋的停留时间则可能长达几千年。
上升流是另外一种可以稀释地表水的放射性碳含量的现象。在世界某些地区,特别是赤道地区,深水向上移动。这种现象通常由信风导致,具有纬度依赖性。海岸线形状、当地的气候和风能,以及海洋底部的地形也是形成上升流的因素。深水的缓慢混合以及上涌意味着海洋的表层水的外观放射性碳年龄与大气相关。
淡水贝壳可能不会受到海洋效应的影响,但它们很容易受到硬水效应的影响,硬水效应是远古碳酸钙溶解产生的钙离子现象。虽然硬水效应的大小与钙离子的数量无直接关系,但是钙离子的存在与碳14的枯竭正好一致。硬水效应可以解释放射性碳定年结果有几百年差异的原因。
硬水效应也会影响沉积在像河口这样含有丰富碳酸盐的淡水区域的海洋贝壳。如果有机体一直生活在碳酸盐丰富的地区(例如白垩地),则蜗牛壳等陆地贝壳也会受到硬水效应的影响。
加速器质谱实验室的分析员必须了解可能影响任何特定贝壳类样品的碳库效应,这样他们就可以知道需要的年龄补偿。加速器质谱实验室通过假设放射性碳含量一直没有变化,以及通过测定在20世纪50年代和60年代的核武器试验之前从同一地点收集到的同一种类的已知年龄的贝壳来量化海洋和硬水库效应。
如果不考虑海洋碳库效应,则无法对陆地和海洋样品进行比较或关联。全球不同海洋的校正因子,参见在线数据库海洋碳库校正数据库 。该数据库获得爱琴海史前史研究所的部分资助。由于海洋环流的复杂性,实际校正随位置的改变而变化。
该数据库还用于诸如CALIB(Stuiver和Reimer,1993)或OxCal(Bronk Ramsey,1995年)等使用2004年海洋校准数据集的放射性碳校正计划。还需值得注意的是,来自深度大于75米的样品不包含在数据库中,因为校正数据集中的海洋模式年龄只对表面混合层有效。 木头或木炭样品被掩埋时周围的含碳材料,以及在其收集和保存过程中使用的含碳材料,可能已经改变了其碳14含量。任何给样品增加碳含量的材料都被认为是污染物。
木头和木炭的自然污染物是指在沉积后的环境中产生的污染物,例如土壤里的腐殖酸和富里酸。它们是由植物和动物组织的微生物降解产生的酸性物质。根的侵入也给木头和木炭样品带来了近现代碳。此外,石灰石也是一种潜在的污染物,这要依发掘现场而定。
木头和木炭样品的人为污染物是人类采集和处理样品时因疏忽或意识淡薄而产生的污染物。人为污染物包括烟灰、头发和纤维、包装材料纸、油、油脂,甚至胶水。
污染对进行加速器质谱放射性碳定年的木头或木炭样品的影响取决于污染物的类型、污染程度,以及样品和污染物的相对年龄。
如果在进行加速器质谱放射性碳定年之前尚未去除石灰岩,则得到的结果会比木头或木炭的实际年龄老得多,这是因为地质成因的石灰岩比任何史前样品的年龄都要大得多。
腐植酸和黄腐酸可附加在木头和木炭的表面,并在称为吸附的过程中进行碳交换。它会让样品的放射性碳年龄变小或变老,而这取决于产生有机酸的生物体的年龄。木炭或木头样品上的根渗透也会导致近现代碳的产生。
一般情况下,远古污染物导致木炭或木头样品比其实际年龄老得多,而近现代碳则让任何样品都比其实际年龄小得多。
为了得到准确的结果,加速器质谱实验室在提交所有木头和木炭样品进行放射性碳定年之前都会对它们先执行预处理。 生物体的时间跨度是指其总生长时间以及与生物圈相互作用的时间。时间跨度会影响样品的放射性碳年龄转换为历年的方式。木头的时间跨度取决于进行放射性碳定年的树木年轮的数目。但是,木炭碎片的时间跨度可能不可以量化。
放射性碳定年的主要假设之一是,该生物体的死亡时间也是其停止与生物圈进行碳交换的时间。如果不是像木头的这种情况,则生物体的放射性碳年龄不从其死亡开始计算。
当对一块木头或木炭进行放射性碳定年时,测定的项目是树木年轮的生长时间。树木随着树轮的添加而生长,一旦被砍伐,这些树轮即停止与生物圈的碳交换。因此,一棵树边材的放射性碳年龄不会与最里面的心材的放射性碳年龄相同,因为最里面的心材比边材年龄要大得多(一般为树木的生活的年份)。
进行碳定年的任何木炭或木头样品会有一个表面年龄,这个年龄可能会导致多达数百年的错误,除非挑选的是短寿命的树种或树枝进行放射性碳定年。
样品的放射性碳年龄可以告诉我们生物体曾经存活的时间,而不是该生物体材料被使用的时间。在对史前古器物进行测量时,必须考虑“旧木”的问题,避免得出错误的结论。
推迟使用和重复使用也是导致“旧木”问题产生的另外两种可能。实际用于测量的木头或者木炭可能之前已经经历了很久的时间才用于燃烧或者使用。此外,质地坚硬的木材可能已保存多年并被重复使用。
这些沉积过程的影响可能不可以计量,但不应该忽视它们,因为碳14测年结果可能会比相应考古内容的真实年代更久远。