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考古学家怎么知道这个罐子是哪一年的?

碳-14法:确定陶器出生年份的最佳工具

最近各大博物馆争奇斗艳,各出奇招,努力吸引刚从宅家生活中走出来的各位去逛一逛。可是小问号们有没有一些关于博物馆的疑惑呢?比如,展示牌上这些"公元前xxx年到xxx年"的记述从何而来?

考古学家凭什么就敢说这个平平无奇的黑色罐子是来自于几千年前的呢?这其中有一种方法叫做放射性碳素年代测定法,简称C-14法。

△图片来源:作者自制

2020年4月8日出版的《自然》杂志上刊登了一篇关于使用特异性碳十四来精准测定陶器年代的文章。科学家挑战了年代测定中最难的环节——利用碳-14法进行精确的陶器年代测定。

什么是C-14法?

C-14,即碳-14,是碳元素的一种放射性同位素,丰度极低(一百万亿分之一左右)。C-14虽然丰度不高,但广泛存在于各种有机体之中,这又是什么原因呢?地球上的C-14基本为宇宙射线中子流与N-14反应形成,最初产生自高空大气层。之后C-14与空气中的氧反应,最终混入空气中的二氧化碳内。植物光合作用吸收二氧化碳,我们和动物再直接或间接地通过植物摄取能量,生物体中便有了C-14存在。

那么,为什么它能进行年代测定呢?

在死亡生物体中C-14不断衰变为非放射性的N-14,其半衰期为5730±40年,即100个C-14衰变成50个的时间是5730±40年。最初的放射碳素年代分析法测量的是衰变过程中所释放的β线,这种方法使用的材料较多且精度不够,轻松一个误差就能模糊掉一个发展阶段。70年代发明了AMS法(加速器质量分析法),即用加速器确认C-14的原子数量,从而可以更加精确地测定年代,加上使用的测试材料也很少,因此更加适应于考古学遗物遗迹的测定。

精确的陶器年代测定为什么非常难?

因为陶器是无机物,所以陶器的精确年代测定挠光了许多人的头发。

△图片来源:作者自制

而在这篇《自然》杂志的论文中,科学家们非常机智地使用了陶器上的食物残存。陶器中的大部分都是作为餐具或者储藏用具使用的,比如装牛奶,装肉食。由于陶器加工时温度较低,空隙较大,容易有一些食物的残留在陶器的空隙里。通过对这些食物残存中脂质里的放射性碳元素进行测定,再对比能够矫正误差的树木年轮年代学,就可以准确地知道这个陶器是什么时候使用的了,也就知道这个陶器的年代了。

不仅如此,我们还可以知道人类从什么时候开始制作一些特殊的食品,比如什么时候开始吃米饭,什么时候开始吃豆子,什么时候开始吃猪肉了。

△图片来源:作者自制

年代判定还有其他方法吗?

小问号们可能会想:这篇论文是4月份出的,上次去博物馆可是去年11月,那时候牌子上就写了年代呀。

是的,其实考古学判定年代并不仅仅依靠于放射线碳素年代测定。考古学的年代判定方法主要分为两大类:绝对年代法和相对年代法。

上面介绍的放射线碳素年代测定法,属于绝对年代法。同属于这一类的,还有参照铭文、记年、文献资料对比等。比如,我有一个碗,并且我确定这个碗不是一个仿制品,碗底明确盖着成化年间的章或者在一本可以信赖的小册子里写着这个样子的碗都制作于成化年间,那么我们就可以断定这个碗是成化年间的碗。

△图片来源:作者自制

没有这样明确的记录,也没有用C-14测定,那怎么知道它是什么时候的碗呢?这就要使用考古学的相对年代法了。

考古学认为,物品随着时间变化会出现一定的形态变化。

举个考古学中经常使用的例子:最初出现在动画中的米奇是一个机灵的小老鼠,脸尖尖的;后来由一只老鼠到脸越来越圆,越来越像人类的幼儿。

为什么会有这样的变化呢?米奇这个形象最初只是一只普通的老鼠,但迪士尼发现它的人气不断提高,渐渐变为公司的主力IP。于是设计师利用了人类对于幼儿的呵护本能,将米奇设计得越来越幼儿化,促使了我们爽快地打开自己爱的钱包。

△图片来源:作者自制

所以,相对年代法就是找出变化规律,确定谁比谁更新或者谁比谁更旧。简单来说,就是一个找爸爸的游戏。可是即便我们找到了两个斧子的变化规律,我们也只是知道它们之间存在关系,并不知道是谁"生"了谁。

那么,如何明确先后顺序呢?那就得使用考古学的地层学了。

地层就像北方冬天的被子,是一层一层覆盖的,下面的被子比上面的被子要早铺上,因此下面一层中的斧子是比上面一层中的要早一些的。通过对比地层我们就可以确切知道谁是谁的"爸爸"。通过同一地层中其他物品的绝对年代,比如这一层中公章的废止时间,我们就可以知道"爸爸"们的确切年龄了。

△图片来源:作者自制

新方法就是万能的吗?

有了更加有效的碳-14大法,就可以跟这些啰嗦的相对年代法说再见了吗?

虽然我也很期盼,然鹅,成年人的世界除了长胖真的没有"容易"二字。

这篇《自然》论文中使用的是陶器上的食物残渣。如果是一个洁癖用过的陶器,或者这个陶器压根就没有装过任何食物,就很难从上面提取到能够检测的材料了。

不过对于博物馆来说这确实是一个好消息。那些要寄赠宋代文物帮助考古学家研究红楼梦文化的人恐怕就要想一想了。这里我有一个小建议,茄鲞记得用宋代的油哦。

参考文献:

《先史考古学概论》作者:奥斯卡?蒙特柳斯 译:滕固

《考古学概论》作者:D.Clarke

《AMS年代と考古学》作者:田中良之,岩永省三等

文章仅代表作者观点,不代表中国科普博览立场

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