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樹輪年代學的定年校正

  • 樹木年輪用於校準放射性碳測量結果。
  • 全球放射性碳含量會隨時間變化,因此必須對碳定年結果進行校正。
  • 校正結果以年齡範圍的形式表示。年齡範圍採截斷方法或概率方法計算,而這兩種方法都使用校正曲線。

碳14是自然產生的碳元素同位素。由於相對碳12和碳13,它不穩定且具有放射性,因此也被稱為“放射性碳”。碳是由99%的碳12、1%的碳13,以及約百萬分之一的碳14所組成。碳14定年結果以放射性碳年齡表示,校正後,將放射性碳年齡轉化為日曆年。

Beta Analytic AMS C14 Miami

計量單位、半衰期和校正的必要性

未經校準的放射性碳測量結果通常以BP年表示,BP起始年為公元1950年。 BP代表“迄今”。應當指出,BP標記還應用於其他定年技術,但定義不同,例如,熱釋光判斷年代法中,BP指公元1980年。

值得一提的還有,碳定年計算使用的半衰期是化學家Willard Libby 計算出的5568年,而不是劍橋半衰期5370年這個更精確的值。雖然利比半衰期5568年没有那麼準確,但是碳定年計算還是採用它,以避免比較劍橋半衰期衍生之前和衍生之後產生的碳14測試結果時,出現不一致或錯誤。

放射性碳測量結果以大氣中碳14含量自1950年保持不變,以及碳14的半衰期是5568年這兩個假設作為基礎。全球放射性碳含量會隨時間變化,因此必須對碳定年結果進行校正。這些變化肇因於(包括但不限於)地球的磁矩波動、化石燃料燃燒和核子試爆。

最為廣泛應用的校正方法是樹木年輪測定法。

樹輪年代學和碳定年

樹輪年代學是基於樹木成長時,樹木的年輪也在增加這一現象,故名樹木年輪測定。 樹輪年代學家透過分析和比較樹木和年老木頭的年輪樣式測定過去環境中的事件和變化。他們可以判斷各樹木年輪形成的準確日曆年。

樹木年輪測定結果在放射性碳定年的初期起到了重要作用。樹木年輪的年齡為已知材料,可用來檢測碳14定年方法的準確性。在1950年代後期,幾位科學家(特别是荷蘭人Hessel de Vries)能够根據樹木年輪的碳定年結果,確認放射性碳年齡和日曆年齡之間的差異。樹木年輪是根據樹輪年代學測定的。

目前,樹輪仍用於校正放射性碳定年結果。不同日曆年齡的樹木年輪庫現可提供回溯至過去1萬1千年的紀錄。通常被用作参考的樹有美國的狐尾松(松屬细葉)以及愛爾蘭和德國的澇櫟(櫟屬)。 放射性碳定年實驗室一直使用其他樹木物種的數據。

樹輪的放射性碳校正

原則上,將某含碳樣品的放射性碳含量和已知日曆年齡的年輪放射性碳含量相比,就可以很容易確定樣品的年齡。如果樣品的放射性碳含量和樹輪的一樣,則可以有把握地得出它們的年齡相同的結論。

實際上,由於許多因素,樹輪校正並没有那麼簡單。其中最重要的是,對樹木年輪和樣品進行測量,所得結果的準確度有限,因此得到的是一個預估的日曆年範圍。

事實上,校正結果往往得到一年齡範圍,而不是一個絶對值。年齡範圍採用截斷方法或概率方法計算,兩種方法都需要校正曲線。

校正曲線

放射性碳定年的第一個校正曲線,建立在一個連續樹木年輪序列的基礎上,該序列可追溯到8000年前。此一樹木年輪序列由Wesley Ferguson於1960年代制定,並在Hans Suess的資助下,是第一個公布的有用校正曲線。Suess的曲線以狐尾松的數據為基礎,採用年輪作為其日曆軸。

自Suess的曲線公布後,有很多校正曲線相繼誕生,但它們帶來的問題比解決的問題更多。在此後幾年,加速器質譜儀的使用和高精準度碳定年的引進也催生了校正曲線。北愛爾蘭貝爾法斯特的一家實驗室發表的高精準度放射性碳校正曲線,使用愛爾蘭橡樹數據為基準。

如今,國際議定的日曆年校準曲線,可回溯至公元前48000年(Reimer et. al., INTCAL13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0 – 50000 yrs cal BP, Radiocarbon 55(4), 2013)。1950年之後,可取得大量關於大氣放射性碳含量的數據,在某些情況下,如要說明某一日歷年年齡非常年輕的材料,此後現代數據極為有用(Hua, et. al. Atmospheric Radiocarbon for the period 1950-2010, Radiocarbon, 55(4), 2013)。

標準碳14 校正曲線的X軸(日曆年)為日曆或樹輪時間表,Yy軸為放射性碳年齡。

校正約定

引用經樹木年輪校正的放射性碳定年結果時,推薦使用公元前(BC)校正、公元(AD)校正或甚至迄今(BP)校正。碳定年結果必須明確,因此不能只列BC、AD或BP。BC校正和AD校正正好對應標準的歷史年BC和AD,而BP校正則指1950年之前的年份。

放射性碳定年結果

碳定年結果必須包括未經校正的結果、使用的校正曲線、採用的校正方法,以及校正之前對原始結果做的任何更動。還必須包括和校正範圍對應的可信度。

更新日期:2016 年 5 月 5 日