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radiocarbon dating shells

貝殼、珊瑚及碳酸鈣樣品的放射性碳定年

建議樣品量 (若樣品量較少 – 請 聯繫我們)
   5-100 毫克 (AMS定年)
碳定年服務和測試週期
   AMS標準測試 – 14個工作日或更少
   AMS優先測試 – 6個工作日或更少
   AMS極速測試 – 2-3個工作日
推薦包裝
夾鏈袋(若樣品量很小,或於運送途中容易破損,請先以鋁箔紙包裝)
請您使用堅固的小纸盒寄送您的樣品,而不要使用信封寄送,這樣能够防止您的樣品在運輸途中被壓碎。
請您提供採樣地點的 Delta+R / Delta–R (當地碳庫校正) 以便我們能對您的樣品的測試结果進行最合適的年代校正。

請注意 – 費用包含同位素比質譜儀 (IRMS) d13C和d18O測量、測試報告、年代校正(對於可校正的樣品)以及全天候網頁查詢服務。

預處理 – 由於 預處理 將直接影響到定年结果,所以我們歡迎您聯絡我們共同討論預處理方法或要求我們在預處理之後(開始測試之前)與您聯繫。

珊瑚的預處理 – AMS定年在預處理後需要至少 3 毫克的珊瑚樣品。然而,我們建議您寄送 50-100 毫克的乾淨樣品。(基於品質控制措施,有時候需要重覆分析確認结果,對客戶而言,這是免費提供的)。大部分貝殼、珊瑚以及其他碳酸鹽樣品都會進行打磨,把外部磨掉,再經過酸蝕後會得到較纯淨的碳酸鹽,這一步驟大約會損失多達10-30%的樣品重量,有時甚至更多,最终留下最合適的碳酸鹽進行定年。

粉末狀碳酸鹽 – 請注意,暴露於大氣中的二氧化碳 (CO2) 可能會影響其放射性碳年齡。事實證明粉末狀碳酸鹽由於具有非常大的表面積可吸收大氣中的二氧化碳。如果樣品的年齡很老(大於20000年),長期暴露於空氣中可能會因為某些未知因素導致结果更偏向於現代。

當需要透過鑽孔或研磨樣品(尤其是那些被懷疑年齡超過20000年非常多的樣品)的特定區域獲取碳酸鹽,我們建議鑽孔在惰性氣體(像N2、Ar等)環境中進行,樣品需要儲存在非常小的試劑瓶,並且立即寄送给我們。如果樣品不是非常老(小於20000年),則不需要在惰性氣體的環境中進行。然而, 粉末狀碳酸鹽仍然需要儲存在小試劑瓶中以防止其暴露於空氣中。粉末狀碳酸鹽不宜保存太長的時間。

報告 – 根據要求,測試結果可標示為常規放射性碳年齡、現代碳百分比、現代百分數、Delta-14C (D14C)或 Δ14C。

貝殼常寄送到加速器質譜(AMS)實驗室進行 放射性碳定年。寄送到加速器質譜實驗室進行碳14定年的貝殼材料中,有很大一部分是軟體動物貝殼。

對貝殼進行放射性碳定年不太容易,因為有許多因素會導致結果不確定。美國物理化學家Willard Libby是放射性碳定年技術的先驅,他認為貝殼是放射性碳定年效果最不好的材料。

貝殼可分為海洋類、河口類或河流類。 AMS實驗室分析員需要知道他們正在分析的貝殼類型,以確定可能存在的污染物,以及去除污染物的方法。

貝類生物在貝殼生長時,需要獲取生物圈中的碳。科學研究顯示,貝類生物從海洋或陸地植物獲取有機碳,從海水的碳酸氫鈉、大氣的二氧化碳或淡水的碳酸氫鈉中獲取無機碳。

貝殼由碳酸鈣晶體沉積,進而形成有機基體。有機基體是一種稱為貝殼硬蛋白的蛋白質。這種蛋白質僅構成貝殼的一小部分,因此放射性碳定年過程中所需要的樣品是無機的部分。

雖然碳酸鹽是無機質,但是由於它的形成需要從生物圈中吸收碳14,因此仍然可以進行定年。碳酸鹽在貝殼中常以礦物文石的形式存在,儘管有些貝殼是文石和方解石的混合,但如牡蠣殼的其他貝殼,仍多為方解石。

使用貝殼的碳酸鹽成分會產生一些問題,因為該物質可溶解,且會與其環境進行同位素或化學成分的交換。當貝殼與它周圍土壤中的酸交換碳時,貝殼的碳14比率會發生改變,因而放射性碳年齡也會變化。這種碳交換通常會影響貝殼的外層。

另一方面,再結晶甚至可以影響貝殼的內層。隨著文石轉化為方解石,這種現象也會改變碳14的比率。當貝殼與近代方解石交換碳時,通常會發生再結晶現象。

有兩種碳庫效應和貝殼的放射性碳定年有關 — 海洋效應和硬水效應。由於這些效應的存在,必須對貝殼的放射性碳定年結果進行年齡補償評估。

海洋效應是海洋地表水和深層水緩慢混合的結果。大氣層和生物圈之間透過二氧化碳的快速碳交換,與大氣和海洋之間的碳交換並不完全一樣。

大氣和地表水之間達到二氧化碳平衡相對較快。然而,地表水與深層水的碳交換速度卻非常緩慢,以至於從地表水吸入的二氧化碳的碳14含量,和從深水釋放出的二氧化碳的碳14含量,可能處於放射性碳衰變的不同階段。研究顯示,碳14在大氣中的停留時間為6年到10年不等,而碳14在海洋的停留時間則可能長達幾千年。

湧升流是另外一種稀釋地表水的放射性碳含量的現象。在世界某些地區,特別是赤道地區,深層水向上移動。這種現象通常肇始於信風,具有緯度依賴性。海岸線形狀、當地的氣候、當地的風向,以及海洋底部的地形也是形成湧升流的影響因素。深水的緩慢混合以及上湧意味著,大洋表層水的放射性碳年齡與大氣(中的放射性碳年齡)有明顯的相關性。

淡水貝殼可能不會受到海洋效應的影響,但它們很容易受到硬水效應的影響,硬水效應是遠古碳酸鈣溶解產生的鈣離子現象。雖然硬水效應的大小與鈣離子的數量無直接關係,但是鈣離子的存在與碳14的損耗正好一致。由於湖泊或河流流經石灰石或泥灰等物質,帶入溶於淡水資源的古老碳酸鈣,使得樣品看起來比實際年齡更古老。有時候會對同一區域中,還存活著的貝殼樣品進行定年,看看測試結果是近代還是更老。根據不同的因素,這種偏差可以有幾十年到幾百年的誤差。

富含碳酸鹽的淡水注入口(如入海口),如海洋類貝殼沉積在此處,也會受到硬水效應的影響。如果有機體一直生活在碳酸鹽豐富的地區(例如白堊地),那麼,如蝸牛殼的陸地貝殼也會受到硬水效應的影響。

加速器質譜實驗室的分析員必須了解,可能影響任何特定貝殼類樣品的碳庫效應,這樣他們就可以知道需要的年齡補償。加速器質譜實驗室假設放射性碳含量一直沒有變化,並透過測量同一地點收集到的同一種類的已知年齡貝殼來量化海洋和硬水效應,這些已知年齡貝殼是在1950和1960年代、核子試爆之前收集的。

Delta±R值僅適用於海洋碳酸鹽樣品。

根據海洋碳酸鹽的年齡,所有的海洋碳酸鹽樣品會自動套用200-500年的校正(如全球海洋碳庫校正)。該自動校正代表放射性碳年齡會比實際年齡年輕,這是由於大氣中的現有二氧化碳與海洋中的二氧化碳,需要200-500年才能達到平衡。

Delta±R值校正會套用在,已經經過全球海洋碳庫校正的樣品。該值由客戶提供,我們會在已校正的年齡基礎上再進行加減(視Delta R值是正數還是負數而定)。備註:一個負數的Delta-R 將使定年年齡變老(通常認為淡水會稀釋全球海洋碳庫的平均值)。

請點選 此處查看,放射性碳年齡為1000 +/-30 BP的報告,有無進行Delta±R校正的差別。

將樣品送交給加速器質譜實驗室進行碳14定年前,需考慮的因素之一是有機體吸收碳時的當地環境。 加速器質譜實驗室分析員必須知道貝殼類樣品可能接觸到的污染物種類。

任何含碳物質,於接觸後改變貝殼類樣品的碳14含量,都可視做污染物。這意味著,碳酸鈣、土壤腐植物質,以及土壤二氧化碳都是潛在的污染物。進行放射性碳定年的貝殼類樣品中,最常見的污染物肇因於同位素交換和再結晶。

加速器質譜實驗室在進行碳14定年之前需進行預處理,以去除所有可能導致結果不準確的污染物。

可用 酸蝕、鹼溶液中超音波處理或是不做預處理。

如果樣品量足夠,實驗室通常會酸蝕一半的貝殼外部,以去除任何潛在的次級碳酸鹽。挑選樣品時,請將這點納入考慮。通常,樣品量越多,就越有機會得到更好的測試結果。

貝殼在碳定年之前進行的物理 預處理,不使用任何化學品,以及縮小樣品尺寸,設法去除貝殼的所有可見污染物。

用牙鑽和砂紙去除貝殼的外層,分離出用來進行加速器質譜放射性碳定年的分析物:文石。再結晶的方解石,即污染物,是白色的白堊質,容易用鑽去除。

加速器質譜實驗室分析員在研缽和杵中粉碎貝殼類樣品,以增加進行預處理之前的表面面積。

加速器質譜實驗室採用的化學預處理是,用稀酸(通常是鹽酸HCl)清洗貝殼,去除貝殼的部分外層和方解石成分。

對於非常小的樣品或微量樣品,我們通常只能進行輕微的酸蝕,甚至不做酸蝕處理。假如樣品存在附著物或者腔洞,可能需要用到超音波處理。

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