考古学家们怎么就知道文物的年龄？

昨天写了一篇《攸声旅游：还原10000年前的稻作农业的发源地，上山遗址》，其中有提及运用碳十四进行年代测定。碳十四测年是考古学中常用于测量考古学遗址及文物绝对年代的方法。除此之外，还有树木年轮法、释光断代法、古地磁学测年法、钾-氩断代法等等。

今天小编就给大家介绍部分科学的断代方法。

碳十四测年法

同位素(Isotope)是指质子数相同而中子数不同的原子。同位素具有相同的核外电子数，故它们的化学性质基本相同。同位素可以分为两类，即放射性同位素和稳定同位素。凡能自发放出α、β、γ射线的同位素，称为放射性同位素。与之相反，不能自发衰变的同位素则称为稳定同位素。

自然界存在三种碳的同位素：碳12(98.9%)、碳13(1.19%)、碳14(10^-10%)，前两者比较稳定，而碳14属低能量的放射性元素。碳14的产生和衰变处于平衡状态，其半衰期(剑桥半衰期)为5730±40年。碳14的衰变过程，在地球上任何地方都一样，与所处的经纬度、高度等地理位置无关，也不受外界普通物理作用(如压力、温度等)的影响，亦不受所接触的物体化学成分影响。

植物通过光合作用吸收部分放射性碳，动物又直接或间接地吃植物，因而所有生物都含有碳14。由于循环作用，所有的有机体都会通过新陈代谢使其体内的碳14浓度与大气中碳14的浓度保持动态平衡。

一旦生物体死亡，其放射性碳物质与周围环境的交换就会停止，且其中的碳14含量就按照放射性衰变规律逐渐减少。经过5730年减少为原来的一半。

简单说来，动植物每吸收一万亿碳原子，就有一个碳14原子。动植物死后体内的一般碳原子不会衰变，碳14原子则开始衰变。只要计算碳原子的数量和其中碳14所占的比例，即可算出文物的年代。

碳十四断代法是目前最精确的测年方法，具有许多优点:

(1)测量范围广，可测定1000-50000年内的考古样品。

(2)样品易得，凡是含碳的骨头、木质器具、焦炭木或其他无机遗留物均可。

(3)对样品要求不严，埋藏条件不要求，取样也很简单。

尽管如此，碳十四断代法仍存在一些问题：

(1)测量范围有限，而且样品年龄愈老，愈接近极限值，测量误差愈大。

(2)合适的样品难以采集，要满足纯粹不受污染而且要求一定的重量。如古代样品在埋藏中易受到后代动植物腐烂后的可溶碳化合物的污染；一些珍贵样品不能大量取样。

(3)必须使用大量的样品，而且测量时间较长。

(4)因种种原因，过去大气中的碳十四放射性水平不稳定、碳十四粒子衰变本身的波动性，那么用现代统一的碳十四标准测定的年代不能等同于日历，只能是碳十四年代，现在这个问题已得到解决，即用树木年轮法校正。

运用碳十四测年法对三星堆进行测年

树木年轮法

树木年轮断代法的原理非常简单。树木每年春长秋止，并且在树干截面上形成疏密相间的圆圈，被称为年轮。每年一轮(或两轮)，树木截面上的年轮数目代表该树的年龄。

轮与轮之间的距离为轮距，轮距并非均等，它与当时气候条件密切相关。气候温暖湿润植物生长旺盛，轮距就宽:如果干早少雨，树木生长缓慢，则轮距就窄。而同一气候中同种树木的不同个体，在同一时期内轮距及其形状是一致的。

如果一棵活树内层的一段年轮谱同死树的外层年轮谱相似，就说明死树是前一阶段生长的，两者可以衔接起来。死树又可以同更老的死树衔接，依次类推，衔接不同时段轮距就可建立这一地区的主年轮序列。

要说明的是，树木合成年轮表必须是同一气候区内，由同一树种的树木年轮图谱衔接而成。美国、爱尔兰，利用现生古树与泥炭地层、考古遗址出土的古树、古木桩，建立了全新世10000年来的树木年轮标准序列。

对照树木合成年轮表，就可以分析考古发现的木头样品的年代。首先分析考古遗存中木材年轮，建立该样品的树轮图谱。再将该样品的树轮图谱，与建起的主年轮序列表对照，找出唯一的重合位置，就可判定其生、死绝对年代。精确度可达数年误差。

值得注意的是，树种的选取须满足标准年轮产生的条件，即一个生长季只增加个年轮，且对限制生长因素敏感，最好是寿命较长、分布较广的树种。美国选择松科针叶常绿树种，欧洲选择栎树，我国则选取柏树。

热释光法

如果要判断陶器或石器的年代普遍使用热释光法。自然界的晶体在接受高能辐射照射后，会产生自由电子，这些电子会被晶体积攒起来，在加热过程中以光的形式释放出来，晶体中的电子归零，而我们可以通过测量样品释光强度来获取其被加热的年代，这种方法称作“热释光测年法”。其测年范围是100年一100万年。

陶器的原料黏土中一般都含有放射性元素，所以在考古学中它可以被用来测量陶器的烧制年代，这对新石器时代考古有重要意义。我们也可以利用这种方法来测量具有晶体结构的被烧过的石材的使用年代。同样，这种方法也适用于烧土、遗址中火山灰烬层等的年代测量。

如果我们把这些石料加热到1500摄氏度，这些电子就会吸收到足够的能量，然后逃出来，并以发光的形式释放能量。越古老的陶器，积累的自由电子越多，加热后发出来的光也就明亮，只要测算释放的能量多少也就可以知道距今有多少年了。

用热释光法在测定陶器年代

光释光法

光释光技术的原理与热释光近似，也是利用矿物晶体的磷光现象。光释光是 通过外加的光照来激发电子，使其退激发光，再通过测量释放的能量，推算出距今的年代。

古地磁法

陶器、窑土等遗存在制作时或使用中会含有少量的磁性矿物（如赤铁、磁铁），经700°C以上高温烧结，陶坯中原有的磁性会全部消失，然后在地磁场中缓缓冷却下来时，陶器中的磁性物质又会重新获得一种与当地地磁方向一致的永久磁性，这种现象称为热剩磁。所以只要知道地球磁场的强度、方向的变化规律，通过测量热剩磁与磁性变化曲线，就可以比较得出陶器的年代。

考古地磁断代通过热剩磁性进行断代，主要用于新石器时代以来的窑、炉、灶、砖瓦、陶瓷器的年代测定。目前研究第四纪地质和确定古代人类遗址的年代，建立数百万年以来的地层年表，古地磁法是最有效的手段之一。

采集地磁测年的土样

各种测年方法均有其适用范围及局限，所以我们今天在博物馆中看到的文物年代，都是经过多次、多种测年判断的结果。