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放射性碳定年與考古研究

  • 放射性碳定年實驗室的科學家和考古學家應該針對採樣、儲存以及其他問題溝通、協調,以獲得有意義的測試結果。
  • 進行碳定年之前必須確立樣品和環境之間的關係。
  • 放射性碳定年首先測量碳14(一種弱放射性碳同位素),接著將放射性碳年齡結果校準為日曆年。
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鑑古知今的歷史學、人類學和考古學是三個截然不同但密切相關的知識體系。歷史學家可以知道不同地區有哪些文化曾經興盛,以及它們衰落的時間。人類學家可以描述人的生理特徵、文化、環境和社會關係。考古學家則證明文物的存在或揭開歷史或人類學的發現​​。

没有其他任何科學能像考古學那樣,毋庸置疑地豐富了人類的歷史。考古學已設法解開了人類很大一部分、未留下記錄的歷史之謎。

和生物科學不一樣,研究以前人類生活和活動殘留的材料,對普通人來說可能並不重要、也不令人興奮。但是,考古學旨在了解人類,它是一項超越挖掘寶藏、收集資訊和測定年齡的崇高事業。正是了解了昔日文化不再存在的原因後,人類才明白了確保歷史不會重演的關鍵所在。

多年來,如果不是憑藉放射性碳定年、 樹輪年代學、古地磁斷代、氟化物定年、光釋光定年以及黑曜石水化分析等技術,考古學發現的歷史文化資訊將永遠都不被人所知。放射性碳定年技術已問世50餘年,它徹底改變了考古學。碳14定年迄今仍是一項強大、可靠、被廣泛應用的技術,對於考古學家和其他科學家來說極其寶貴。

放射性碳定年的概念

碳14因其不穩定性和放射性,被稱為放射性碳。它是元素碳自然產生的一種同位素。當生物死後,會停止與生物圈的相互作用,其碳14不再受到生物圈的影響,但是會很自然地經歷衰變。

碳14的衰變需要幾千年,正是大自然的這種神奇,形成了放射性碳定年的基本原理,使碳14分析成為揭示過去的有力工具。

首先,放射性碳定年會分析樣品中殘留的碳14。樣品的碳14比例可以說明自樣品死亡後流逝的時間。放射性碳定年結果以未 校正 年BP(迄今)呈現,BP是指公元1950年。接著進行校正,將BP年轉換為日歷年。隨後連結該資訊與實際歷史日期。

碳定年是準確的方法嗎?

考古學家決定使用碳定年作為分析方法之前,必須先確保校正後的放射性碳定年結果,可以用來回答考古學問題。必須慎重考慮碳14活度所代表的含義。

樣品和環境之間的關係並不總是明確的。樣品的年齡早於其被發現時的環境年齡。有些樣品,像木頭,已停止與生物圈相互作用。它們死亡後有一個表面年齡,因此將它們與樣品周圍沉積物的年齡連結起來是不夠準確的。還有一些情況是樣品和沈積物之間的關係不明顯或比較費解。因此,在連結考古事件與環境,以及連結環境和進行放射性碳定年的樣品時,必須非常小心。

考古學家還必須確保,只收集和處理有用的樣品進行碳定年,而不是測試挖掘現場發現的每種有機物質。

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放射性碳定年實驗室與考古學家之間的相互配合

放射性碳科學家和考古學家在開始挖掘之前,需要對採樣策略達成一致,這一點很重要。因為這樣不會浪費時間、精力和資源,並在碳定年完成後獲得有意義的結果。

必須強調的是,考古學家在挖掘前需要和實驗室人員就以下幾個方面互相配合。

1. 樣品類型、大小和包裝

關於哪些樣品可以進行放射性碳定年,實驗室有明確規範。例如,有些實驗室不對碳酸鹽進行定年。

還必須詢問實驗室,希望收到的樣品量,以及偏好的樣品狀態。有些實驗室接受泡水木材,而另一些則喜歡收到乾燥的樣品。

2. 樣品採集

收集和儲存過程中不得污染樣品。烴類、膠、殺蟲劑、聚乙二醇或聚醋酸乙烯酯不能接觸放射性碳定年樣品。其他潛在污染物包括紙張、紙板、棉絮、細繩和煙灰。

3. 樣品保存

樣品必須存放在包裝材料中,這些材料在運輸過程中可以保護樣品,甚至在長期存放過程中也能起到保護作用。貼在包裝材料上的標籤必須不褪色、不易脫落。

可以使用玻璃容器儲存放射性碳定年樣品,但它們很容易損壞,並且在處理大樣品時不實用。帶螺旋蓋的鋁容器是安全的,但最好還是諮詢放射性碳實驗室,找到存放碳定年樣品的最佳容器。

4. 誤差和校正

建議考古學家或所有客戶,問清楚實驗室碳定年結果是否有系統誤差或隨機誤差。也應詢問BP年轉換為日歷年的校正細節。

5. 費用

確認放射性碳定年費用。一些實驗室對於非常規處理的樣品會收取更高的費用。

6. 時間安排

放射性碳定年需要時間處理,實驗室通常備有待處理清單,所以這個因素必須被考慮進去。

7. 樣品標識

碳定年的過程具破壞性,因此實驗室通常會針對樣品的標識或標記,向客戶提出建議。但是,客戶有責任確保,所有放射性碳定年樣品在開始測試之前已妥善貼上正確的標籤。

8. 污染物種類

與客戶溝通能讓實驗室大概了解,挖掘現場可能存在的污染物種類。了解污染物的種類可讓放射性碳科學家大概知道碳定年開始之前需要採取的預處理方法。

9. 樣品的預計年齡

為了避免樣品加工過程中出現交叉污染,以及避免年齡古老(超過10000年)的樣品接續在近代年齡樣品的後面進行碳定年,實驗室需要諮詢客戶,有關提交的放射性碳定年樣品的預計年齡。

實驗室不希望處理那些跨越大範圍日歷年的碳定年樣品。如果校準曲線平坦,且在此期間的所有日曆事件的放射性碳年代大約相同,則放射性碳定年結果的值意義不大。

放射性碳定年結果

解讀放射性碳定年結果並不容易,有些時候,考古學家認為碳14定年結果在考古學方面是“不可接受”的。這種情況下,考古學家對挖掘現場的年代進行評估後,會拒絕使用放射性碳定年結果。

放射性碳定年结果 被視為“不可接受”有很多原因。可能是沉積問題,或者是意想不到的污染物,甚至是實驗室的問題。不管是哪一種情況,都需要認真考慮放射性碳定年結果被視為不可接受的原因。

搶救考古

搶救考古是指因建設施工或開發等原因而裸露出的遺址,針對這樣的遺址進行調查和挖掘,以恢復任何有價值的發現並防止其被破壞。由於情況嚴峻,時間緊急,且利益相關者希望挖掘工作能夠盡快完成,所以考古學家們常常在巨大的時間壓力環境中工作。

當挖掘出具有潛在價值的發現時,高品質且快速的放射性碳定年結果至關重要,可以幫助確定遺址是否需要進一步挖掘或是可以交還給開發商。特別是對於搶救考古這類時間敏感的情況,中止施工花費幾個月的時間等待測試結果是不可能的,並且會帶來直接的經濟損失。考古學家需要可以滿足其特定計畫需求,幫助他們在截止日期前完成測試的放射性碳定年實驗室。

參考資料:

Grahame Johnston, Rescue Archaeology (2015), Archaeology Expert, (accessed June 2018)

Sheridan Bowman, Radiocarbon Dating: Interpreting the Past (1990), University of California Press

延伸閱讀: