（三）碳十四测年步骤吉林大学课程中心.ppt

第四讲第四讲 考古年代的测定考古年代的测定吉林大学边疆考古研究中心吉林大学边疆考古研究中心蔡大伟蔡大伟caidw@考古学的时间概念考古学的时间概念n n考古学：与“时间”有关的科学—探索古代遗存年代n n年代的表示可分为相对年代相对年代和绝对年代绝对年代.n n相对年代是指各种遗迹、遗物在时间上的先后关系相对年代的推定一般利用考古地层学和类型学n n绝对年代是指它们的存在距今有多少年绝对年代主要依靠考古遗存中有纪年文字的资料和各种自然科学的测年技术地层学（层位学）地层学（层位学）n n起源：十九世纪初，“地质均变说”n n定义：利用地层间的上下关系，比较地层堆积先后而断代的方法n n方法：在应用中常利用叠压关系、打破关系及间接比较的方法来判断地层所代表的文化之间的先后顺序地层学断代方法示意地层学断代方法示意在临洮马在临洮马家窑瓦家家窑瓦家坪遗址中坪遗址中类型学类型学n起源：十九世纪初，瑞典的蒙特柳斯创立n原理：将同一类器物集中对比，分出类型和标准器物，并按地层先后排列，研究其发展的序列和相互关系利用这个序列对所研究文化进行分期，对新出现的同类文物进行年代的判断n作用： 1.确定含标准器型文物的某文化层的相对年代。

2.根据标准器型的出现，判断此器所在文化层的 文化类别，说明地层学的划分意义所在类类型型学学断断代代法法示示意意图图考考 证证 纪纪 年年n n起源：收藏学、金石学、考证学起源：收藏学、金石学、考证学n n通过识别文物的铭文，经查阅记载或直接得出文物通过识别文物的铭文，经查阅记载或直接得出文物通过识别文物的铭文，经查阅记载或直接得出文物通过识别文物的铭文，经查阅记载或直接得出文物的绝对年代的绝对年代的绝对年代的绝对年代具有直观、精确、有说服力的特点具有直观、精确、有说服力的特点n n牧野之战，武王克商牧野之战，武王克商，是中国历史上极其重要的历，是中国历史上极其重要的历史事件然而，长时间以来，人们对这一事件的认史事件然而，长时间以来，人们对这一事件的认识，凭借的都是文献资料，而没有直接的实物见证识，凭借的都是文献资料，而没有直接的实物见证￿ ￿《《逸周书逸周书》》记载武王克商的时间是记载武王克商的时间是“ “甲子朝甲子朝” ”，司，司马迁也在马迁也在《《史记史记》》中说中说“ “甲子日，纣兵败甲子日，纣兵败” ”《《韩韩非子非子》》记载记载“ “战，一日而破纣之国战，一日而破纣之国” ”。

￿西周利簋西周利簋-记载武王克商记载武王克商“岁星当空岁星当空"的天象的天象,用来作为商周之交天象断代的依据用来作为商周之交天象断代的依据公元前1046年01月20日武王征商，唯甲子朝，岁鼎，克昏夙有商，辛未，王在阑师，赐有事利金，用做檀公宝尊彝考证纪年的方法考证纪年的方法n文献记载与当地传说；n遗物上的铭刻文字：甲骨、金文、陶文、简、牍、帛书、碑刻、皮、纸上的文字；n遗存的面貌或风格（style）；n类比（association） 后二种方法的使用均需与已知年代的同类遗存相比，推测其年代传统考古学断代法的特点传统考古学断代法的特点n优点 1、直观性； 2、系统性； 3、方便经济n局限性 1、对工作者的经验要求高； 2、判断具有较多的主观因素； 3、无法确定石器时代遗存的绝对年代自然科学技术测年方法自然科学技术测年方法n树木年轮法n碳同位素测年法n热释光测年法n古地磁测年法:n电子自旋共振测年法n骨化石氟含量法:n氨基酸消旋法:n钾—氩法:n铀系同位素法:n穆斯堡尔谱法:n黑曜岩水合法断代自然科学技术测年方法自然科学技术测年方法树木年轮法树木年轮法（Dendrochronology）n简称树轮纪年法，是20世纪初，由美国天文学家道格拉斯（A.E.Donglas）建立的。

利用树木年轮的生长规律来进行断代的技术，它是目前最精确的断代方法n研究对象：树木、一切与以树木制成的物品n测年范围：理论上可以测定从今天到无穷远的古代，只要有无穷远的树木化石就行目前, 一般用于新石器时代遗存的年代测定基本原理基本原理n树木生长，每年春长秋止，在树干横截面上形成疏密相间的圆圈，即所谓“年轮”年轮的数目就是树龄轮距轮距 年轮的宽窄与气候（阳光、水分）条件密切相关旱年窄、湿年宽年）（轮距）方法原理方法原理n如果一个活树内层一段年轮谱同另一个死树的外层年轮谱相同，证明死树是前一段时间生长的，两者有过共同的生长时期，因此则两者的时代可以衔接起来n这样死树可以跟更早的树衔接，依此类推，衔接不同时段轮距就可以建立这一地区的主年轮序列（标准轮距序列、树木合成年轮表）研究前提研究前提n n同一气候区内同一树种的不同个体，在同一时期内年轮的宽窄谱是相同的n n树种的选择：一个季度只增加一个年轮，对限制生长因素敏感、寿命长、分布广的树种美国：松科针叶常绿树种；欧洲：栎树；中国：柏树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树木年轮测定方法树木年轮测定方法n n1.采集样品，视情况采集木材圆盘，或采集木材钻心。

用磨光机或砂纸打磨、擦磨样品，使其表面光滑，以便获得清晰的年轮结构n n2.测出未知年代的木质标本的年龄曲线n n3.将所获的年龄曲线与已建立的标准曲线相比较，￿便可断定其年代未知年代样本的定年标准年轮序列表标准年轮序列表n n目前目前, , 有两条长的年轮年表有两条长的年轮年表, ,一条是美国的距今一条是美国的距今10,00010,000年的年的刺果松年轮年表刺果松年轮年表, ,另一条是德国的距今另一条是德国的距今10,00010,000年的欧洲栎树年的欧洲栎树年轮年表年轮年表n n日本目前已经有了可追溯到公元前日本目前已经有了可追溯到公元前40004000年以上的不间断序年以上的不间断序列n n我国树轮年代学研究开始于我国树轮年代学研究开始于2020世纪世纪3030年代年代, ,比较成功的实例比较成功的实例是康兴成于是康兴成于2020世纪世纪9090年代在青海省都兰县鄂拉山建立了长年代在青海省都兰县鄂拉山建立了长达达1835183518351835年的树轮序列年的树轮序列n n20092009年，刘禹将都兰地区的现生活树与都兰及乌兰地区的年，刘禹将都兰地区的现生活树与都兰及乌兰地区的墓葬古木相衔接，建立了长达墓葬古木相衔接，建立了长达2485248524852485年的树轮宽度年表。

年的树轮宽度年表树木年轮的应用树木年轮的应用——校正时间校正时间 n n利用树木年轮标准曲线，可以准确测定距今利用树木年轮标准曲线，可以准确测定距今80008000年以内木质标本的绝对年代，精度高，甚至误差年以内木质标本的绝对年代，精度高，甚至误差可到一两年可到一两年n n树木年轮年代学最重要的贡献，是它对碳十四年树木年轮年代学最重要的贡献，是它对碳十四年代的校正因为树轮年代相应于日历年代，相当代的校正因为树轮年代相应于日历年代，相当准确n n通过古代遗址出土木材，我们能确定遗址的准确通过古代遗址出土木材，我们能确定遗址的准确年代柴达木盆地考古出土木材的树轮研究柴达木盆地考古出土木材的树轮研究n王树芝王树芝研究重建了青海都兰县1176年上年7月到当年6月的降水量，从古木年轮重建的降水可以看出，60%的降水重建值低于1940年以来的年降水平均值，可以推测过去相对干旱年份发生频率要比现在干旱年份发生的频率高另外，在51AD-375AD和426AD-475AD有两个很长的干旱期吐谷浑部落的大规模迁移和这两个干旱期是基本一致的，这两个干旱期很有可能是当地农业经济转换成畜牧经济的一个环境动力。

柴达木盆地考古出土木材的树轮研究柴达木盆地考古出土木材的树轮研究n在柴达木盆地考古发掘的墓葬中，有14座墓葬应用树轮年代学研究精准定年，结果显示这些墓葬的建立年代都在7—8世纪根据定年结果和出土文物研究结果，从早唐到盛唐（7—8世纪后半叶）漫长的岁月里，青海路有可能还是中西交通的中心之一，关于青海丝绸之路的重要历史地位和作用有待进一步研究王树芝王树芝《《考古学集刊考古学集刊》》18期期,北京北京:科科学出版社学出版社￿ ￿树木年轮的应用树木年轮的应用——复原气候环境复原气候环境n2011年《科学》Science发表一篇文章 2500 Years of European Climate Variability and Human Susceptibility，Vol. 331 no. 6017 pp. 578-582 n首先，科学家比较了活体树木（9000份树木）所记录的过去200年来的气候数据，考察了温度和湿度如何影响年轮的生长随后考察了古建筑上的木材、河流和沼泽里保存的木头，以及考古学遗址附近的样本，以把数据向后推演得更远研究人员最终获得了一份连续推演到2500年前有关法国和德国气候信息的数据。

新疆科学家利用树木年轮研究重建新疆科学家利用树木年轮研究重建历史气候历史气候 利用树轮宽度、密度、灰度等多种技术手段，进行了区域气候变化重建树木年轮的应用—分析自然灾害n树轮形态还可以分析：n地质灾害，如冰川融化造成的洪水、冰崩；n非地质灾害，如飓风、龙卷风和海啸等发生的地点和时间；n对火山爆发、地震、病虫害、干旱等进行研究 树木年轮法的缺陷树木年轮法的缺陷　1.并不是所有的树木都能很好地反映出气候的变化，并形 成理想的特征性年轮谱；　2.不易找全各个时期的木头以建立不间断的年轮序列；　3.只有在气候季节变化明显的地区、选择适当的长寿命 树种，才能建立起年代连续比较远的主年轮序列 4.对于不同地域、无地层叠压关系、无文字记载、没有 木质遗物伴出的史前遗存，其年代早晚就无法依据树 木年轮法了 5.遗址中的木材是一次使用还是砍伐已久、流传已久的 木材—遗址断年错误碳十四测年法碳十四测年法 Radiocarbon DatingRadiocarbon Dating内容内容n（一）碳十四基本知识n（二）碳十四测年原理n（三）碳十四测年方法n（四）碳十四测年的采样要求n（五）碳十四年代的校正 n（六）碳十四断代法的应用 ( (一一) )碳十四基本知识碳十四基本知识　　利用死亡生物体中14C不断衰变的原理进行测年的技术。

考古上应用最为广泛的一种技术美国芝加哥大学Libby教授建立，1949年开始实际应用于考古学的年代测定，适用范围通常为50,000年以内什么是同位素？什么是同位素？碳的三种同位素碳的三种同位素nn12C——98.9%nn13C——1.19%——稳定同位素nn14C——10-10%——放射性同位素n n放射性同位素：凡是能够自发放出α、β、γ射线的同位素n n稳定同位素：不能自发衰变的同位素碳十四的形成碳十四的形成n宇宙射线同地球大气发生作用产生中子 ——1940年，科夫（S.A.Korff）n热中子击中14N发生核反应生成14C ——1933年，库里（F.N.D.Kurie)n14C放射性元素，衰变为14N,同时放出β粒子n宇宙射线中的轰击大气中的氮原子，产生14C，同氧结合成14CO2进入大气圈n14CO2 从大气中溶解进入地球的水圈n14CO2通过光合作用被植物吸收成养料，动物又直接或间接地以植物为食,14C进入生物圈n大量的碳以碳酸盐形式进入岩石圈碳十四在自然界的循环碳十四在自然界的循环大气圈、水圈、生物圈、岩石圈是碳的4个循环交换库沉积岩石圈n n假定大气中碳十四的产生率几万年来恒定不变——匀速的产生和衰变之间达到平衡。

n n地球上各交换库中14C的放射性比重不随时间、地点、物质种类而改变n n样品一旦脱离交换体系后就处于封闭状态其内部的14C就只能按衰变规律减少二）碳十四测年原理（二）碳十四测年原理国际公认的国际公认的14C测年起算点是测年起算点是1950年距今距今BPC. Renfrew, P. Pahn, 1991, Archaeology: Theories, Methods and Practics, Thames and Hudson Ltd, London 碳十四呈现指数衰减规律碳十四呈现指数衰减规律N=NN=N0 0e e- -λλt t —— 指数衰减规律指数衰减规律 t为碳十四年代 λ衰变速率：描述放射性核变快慢的物理量τ＝1/λ为碳十四平均寿命，为常数；N0为起始点样品中碳十四的量；N 为t 时刻（现在）样品中碳十四的量；t= t= 1/λ ln(Nln(N0 0/N)= τln(N/N)= τln(N0 0/N)/N)碳十四测年公式碳十四测年公式碳十四同位素半衰期碳十四同位素半衰期半衰期半衰期T T1/21/2: :是放射性原子核数衰减到原来数目一半所需要的时间。

t=τln(Nt=τln(N0 0/N)/N)t=8267ln(Nt=8267ln(N0 0/N)/N)T T1/21/2 ＝＝ττln2 ln2 ，，1414C C的半衰期的半衰期5730 5730 则则ττ=8267=8267关于关于1414C C的半衰期的半衰期n n5730（真实半衰期）——60年代初测定n n5568（利比半衰期）——50年代初测定n n两者相差1.029倍57305730：：t=8267ln(Nt=8267ln(N0 0/N)/N)——我国我国55685568：：t=8034ln(Nt=8034ln(N0 0/N)/N)——欧美欧美（三）碳十四测年步骤（三）碳十四测年步骤n n1. 样品采集n n2. 样品处理n n3. 样品测试n n4. 14C数据校正14C样品要求样品要求n n一般说来，凡是曾与大气发生过交换平衡的含碳一般说来，凡是曾与大气发生过交换平衡的含碳物质，都可作为物质，都可作为1414C C测年样品，断定其停止与外界测年样品，断定其停止与外界交换交换1414C C以来所经历的年代；这表明，样品具有多以来所经历的年代；这表明，样品具有多样性样性——例如：例如：地层中各种生物遗体残骸、生物碳地层中各种生物遗体残骸、生物碳酸盐、各种含碳沉积物、土壤、冰和水中的酸盐、各种含碳沉积物、土壤、冰和水中的COCO2 2及及某些含碳的古文物等。

某些含碳的古文物等n n要求：生物体在死亡之后，不能接触要求：生物体在死亡之后，不能接触COCO2 2埋藏过程中没有受到干扰（主要是来自石灰层的）埋程中没有受到干扰（主要是来自石灰层的）埋藏地地下水不能是矿泉水藏地地下水不能是矿泉水14C样品采集步骤样品采集步骤n样品之间要有明确的考古学背景和时间先后关系，每个标品要有准确的标签，表明出土情况和遗址的关系n n避免现代含碳物质混入，避免现代含碳物质混入，不能用含碳的包裹物，应放在玻璃瓶/塑料袋中密封n提取样本后，采取适当的方法使其慢慢干燥，不能长霉1414C C测年样品采集重量要求测年样品采集重量要求n n采采样样时时应应考考虑虑样样品品的的损损失失，，应应适适当当增增加加样样品品的的采采集集量，采样对象不尽相同，按下表选取量，采样对象不尽相同，按下表选取物质物质木头木头木炭木炭贝壳贝壳骨头骨头泥炭泥炭种子种子毛发毛发编织物编织物碳石灰碳石灰铁器铁器重量重量（克）（克）1001005050300300100010005005001001001001001000100010001000崔小林：《碳十四测定年代》，中国文物报，1994年03月27日第2版14C样品的前处理样品的前处理n n物理前处理 ——样品的切割、挑除大的污染物样品的切割、挑除大的污染物n n化学前处理 ——有机物的溶解、样品中腐植酸的去除、测年物有机物的溶解、样品中腐植酸的去除、测年物质的提取。

质的提取（三）碳十四测年步骤（三）碳十四测年步骤n n20世纪80年代前，主要探测样品中14C原子衰变所释放出来的β粒子来测量14C含量n n将样品放进专门设计的β射线高效探测器内，并在特质的屏蔽室里进行测量两种测量计数装置两种测量计数装置n n气体正比计数器气体正比计数器气体正比计数器气体正比计数器 标本制作成标本制作成CHCH4 4气体，放入倍增光电管中，测其剩气体，放入倍增光电管中，测其剩余浓度余浓度N N，，测定范围为测定范围为5 5万年n n液体闪烁计数器液体闪烁计数器液体闪烁计数器液体闪烁计数器 将标本制作成苯溶剂（碳将标本制作成苯溶剂（碳——碳化物碳化物——乙炔乙炔——苯）放苯）放入倍增光电管中此法对浓度要求高，比较准确测定入倍增光电管中此法对浓度要求高，比较准确测定范围甚至可达范围甚至可达7 7万年万年 同时，还需要测定标准样品中（同时，还需要测定标准样品中（14C14C含量已知）放含量已知）放射线强度和本底计数，以便将计数转换成射线强度和本底计数，以便将计数转换成14C14C含量加速器质谱法加速器质谱法AMSAMSn n在考古研究中，有许多珍贵的文物，其所含的碳量有限，常规14C测试就显得无能为力了，针对β粒子计数的局限性，70年代末加速器质谱碳十四计数法（AMS—Accelerator Mass Spectrometry）应运而生—对对1414C C原子计数代替了对原子计数代替了对ββ粒子的计数。

粒子的计数n n1978年，在罗切斯特大学召开的第一次国际加速器质谱会议质子加速器法优点质子加速器法优点nAMS是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物,具有以下优点：n①所需样品量少，一般1-5毫克就足够，最少可以20-50μg;n②精确度高，灵敏度可达10-15至10-16，误差能达到不超过0.3%±18年; n③测定年代扩展到7.5-10万年; n④测量时间短，一般几十分钟就可测试一个样品;n⑤不受环境影响，不象β线计数要考虑宇宙光体 2004 北京大学150万美元2005年，我国第二台，中科院黄土与第四纪研究所与西安交通大学合作建立（五）碳十四年代的校正（五）碳十四年代的校正n nSuess 效应与核爆效应n n死碳”对14C年龄的影响n n岩溶地区的测年样品n n同位素分馏效应n nDevires 效应Suess Suess 效应与核爆效应效应与核爆效应n n由于世界范围内大量使用化石燃料, 释放出大量不含14C的CO2, 使大气中CO2总量增加, 而14C放射性比度相应降低这些不含14C的CO2通过交换和循环影响到近百年来生长的植物14C放射性比度,从而使得植物的CO2放射性比度相应降低, 造成物质14C表观年龄偏老。

n n核爆试验所产生的中子同宇宙射线中子一样与大气氮作用生成14C,这些14C参加自然界的碳循环, 使各交换储库中14C放射性比度大为增加目前大气14C放射性比度高出原来平衡值约30%死碳死碳””对对1414C C年龄的影响年龄的影响n n全球全球99.95%99.95%的碳存在于岩石圈中的碳存在于岩石圈中, ,岩石圈中的碳一般岩石圈中的碳一般都是第四纪以前的都是第四纪以前的, , 其中初始存在的其中初始存在的1414C C原子早已衰变原子早已衰变耗尽耗尽, ,这种不含这种不含1414C C的的““老碳老碳””我们称之为我们称之为““死碳死碳””n n岩石圈中的死碳通过某些途径可以重新进入大气圈和岩石圈中的死碳通过某些途径可以重新进入大气圈和水圈等储存交换库水圈等储存交换库, , 使局部使局部1414C C的比度被稀释的比度被稀释n n““死碳死碳””释放的途径有多种释放的途径有多种, , 如火山喷发的如火山喷发的COCO2 2, ,温泉温泉地区深部地区深部COCO2 2释放等释放等, , 但最主要的但最主要的““死碳死碳””释放方式释放方式是碳酸盐类岩石经地下水或地表水溶解是碳酸盐类岩石经地下水或地表水溶解, ,与水中的与水中的COCO3 32-2-、、HCOHCO3 3- -离子交换而进入水圈。

离子交换而进入水圈n n碳酸盐岩地区局部环境中碳酸盐岩地区局部环境中““死碳死碳””的释放的释放, ,使得该环使得该环境中形成的含碳样品中的境中形成的含碳样品中的1414C C初始比度要低于大气的初始比度要低于大气的1414C C比度比度, , 造成样品的表观年龄要偏老造成样品的表观年龄要偏老岩溶地区的测年样品岩溶地区的测年样品n n陆生植物是通过光合作用摄取大气中的CO2的因此,这些生物生成时的14C都基本一致,其14C年代是可靠的n n水生动、植物,由于其组织和机体直接或间接利用了石灰岩地区含“死碳”的水因此, 它们的14C比度明显偏低, 这些样品的表观年代比真实年代偏老偏老的程度与水体中14C比度有关同位素效应与同位素效应与 Devires Devires 效应效应n同位素效应：化学性质相同的原子，质量数不同的同位素在参与各种化学与物理变化中，由于活波程度不同反映前后的同位素组成会发生变化14C的同位素分馏： 1）储存库过程中发生分馏 2）样品处理过程中发生分馏nDevires效应 :在过去几百年的时间内，发现大气中的14C有段起起伏的现象，称为Devires效应。

碳十四树轮校正碳十四树轮校正n n每个年轮记录了该年轮生长当年的14C情况，树木年轮形成的是一个封闭体系，不再与大气有任何交换n n用测得的大量的树轮样品的14C为纵坐标，以树轮的真实年龄为横坐标作图n n可将14C测量年代转化成日历年代目前得到国际公认的、最新的高精度曲线是1998年14C－树木年轮校正曲线牛津大学考古实验室（牛津大学考古实验室（ORAUORAU）的）的OxCal OxCal 程序14C测量数据的随机统计误差测量数据的随机统计误差n n4000±504000±50 3950~4050 68.3% 3950~4050 68.3% 3900~4100 95% 3900~4100 95% 3850~4150 99.7% 3850~4150 99.7%n n在使用不同实验室数据时要在使用不同实验室数据时要注意标准差的含义注意标准差的含义n n根据根据1414C C测年数据找到相应的测年数据找到相应的树轮年代，然后再根据误差树轮年代，然后再根据误差找出树轮年代范围，这样就找出树轮年代范围，这样就完成了完成了1414C C年代到日历年代的年代到日历年代的转换。

转换￿￿￿￿14C断代法存在的问题断代法存在的问题n n利用碳十四衰变原理测出的年代数据需要用树木年轮年代校正才能转换成日历年代但由于校正曲线的非单值性，转换之后的日历年代误差往往要大于碳十四测年误差n n已确定的树木年轮年代是否绝对准确？n n甲地确定的树木年轮年代是否适合乙地？n n生物体的死亡年代与其被利用的年代是否一致？（六）碳十四断代法的应用（六）碳十四断代法的应用n北京周口店山顶洞人北京周口店山顶洞人根据其文化面貌,考古学家认为其属于旧石器时代晚期，距今为十万年左右，后经14C测定为距今两万年n浙江河姆渡文化刚开始发现时，它的文化特征、器物制作工艺比较发达，比中原仰韶文化有过之而无不及，后经14C测量，知其距今约六、七千年，与仰韶文化相当耶稣裹尸布疑云耶稣裹尸布疑云n n在意大利都灵大教堂保存一块十字军东征时带回来的麻布（1355年出现1578年送到都灵），布上的血迹显示出的人形是一个留胡须的、遭鞭笞并被钉过十字架的男子形象，长期以来被人们认为是基督耶稣的“圣裹尸布”n n1919世纪末至世纪末至2020世纪上半叶，摄影专家的影像似乎说明它是世纪上半叶，摄影专家的影像似乎说明它是真的。

真的n1979年，美国显微分析学家麦克隆和他的助手用多种物理、化学方法分析了“裹尸布”上的5000多根纤维和32份来自“裹尸布”不同地方的胶带样本（用透明胶带从“裹尸布”上粘贴、取样），没有发现真正的血迹，像“血迹”的东西其实是朱砂、红赭土，还有蛋彩，都是中世纪画家爱用的颜料￿n n19861986年年，都灵召开专题技术讨论会，，都灵召开专题技术讨论会，AMSAMS测定从包布上测定从包布上抽根线分成数段，在世界上著名的七个抽根线分成数段，在世界上著名的七个1414C C实验室对其进行实验室对其进行加速器加速器1414C C断代测年，证明这块黄色的织物是中世纪的伪造断代测年，证明这块黄色的织物是中世纪的伪造n n19881988年年，三个实验室又进行了测试，年代为，三个实验室又进行了测试，年代为1260-13901260-1390年年之间，与据称耶稣死亡的年代（约公元之间，与据称耶稣死亡的年代（约公元3030年）则大相径庭年）则大相径庭n n19991999年，年，希伯来大学的植物学家阿维诺姆希伯来大学的植物学家阿维诺姆• •达宁对布上的达宁对布上的花粉粒和植物图形分析后认为这块布出自八世纪以前的耶花粉粒和植物图形分析后认为这块布出自八世纪以前的耶路撒冷附近。

路撒冷附近n n浙江中部浦江县上山遗址距河姆渡遗址200公里该遗址没有木头等植物遗存，用加速器质谱碳十四测年法对夹炭陶进行了年代测定结果显示，该遗址距今约9000年—11000年，是河姆渡文化的源头n n在一块夹炭陶片的陶胎中发现有稻壳鉴定确定属于栽培稻证明我国长江下游是世界稻作农业的起源地上山遗址年代的确定上山遗址年代的确定东灰山遗址炭化小麦年代考东灰山遗址炭化小麦年代考n n李水城曾在数篇文章中提到甘肃民乐东灰山遗址李水城曾在数篇文章中提到甘肃民乐东灰山遗址出土的小麦，并认为这是目前中国境内所见年代出土的小麦，并认为这是目前中国境内所见年代最早的炭化小麦标本，其年代范围大致在距今最早的炭化小麦标本，其年代范围大致在距今45004500——50005000年年——1414C C数据数据n n持不同意见的学者认为持不同意见的学者认为, , 东灰山遗址属于四坝文东灰山遗址属于四坝文化性质（距今化性质（距今39003900））, , 该址出土的炭化小麦不应该址出土的炭化小麦不应该超出四坝文化的年代范围东灰山遗址并未发该超出四坝文化的年代范围东灰山遗址并未发现早于四坝文化的地层，即不可能是地层扰动所现早于四坝文化的地层，即不可能是地层扰动所致。

致n n争论的双方都各有所据：争论的双方都各有所据： ——碳十四年代碳十四年代; ; ——遗址的文化遗物遗址的文化遗物考古与文物　2004年第6期n n东灰山遗址并非这批炭化小麦的原生地, 最初的埋藏地点应在东灰山遗址附近河流的上游某处在四坝文化阶段,由于某次(或数次) 山洪爆发而导致水流将这些小麦从其原生地冲刷到东灰山遗址并迅速淤积下来遂与遗址内的四坝文化遗物混杂在一起n n东灰山遗址出土的炭化小麦确是距今4500—5000年前的农产品,它们属于人工栽培驯化的六倍体普通小麦中的圆粒小麦, 栽种这些小麦的主人应是当时定居在这一地区的马家窑文化居民热释光测年法测年原理Thermoluminescent Dating (TL)什么是热释光现象？什么是热释光现象？n n早在十七世纪就发现，某些物体在一定情况下加热时，在红热出现之前，能发出附加的微弱可见光（红、黄），可用光敏仪器测出来带冷却后，再加热，又不会重现此现象一般出现在不导电的固体物体中热释光测年的基础热释光测年的基础n一些矿物（如石英或长石）受到电离辐射（αβ粒子γ射线）照射后，会产生自由电子，这些自由电子常被晶格缺陷俘获而聚集起来。

n当石英或长石晶粒被加热到临界点（300-450℃）时，这些被俘获的电子会从晶格缺陷中逃逸出来，并以发光的形式释放能量，即热释光，而石英等晶体就成为磷光体n陶器以粘土制成，一般都含有微量铀、钍和钾等放射性物质内部还有结晶固体颗粒如石英、长石、云母、磷灰石等它们每时每刻都受到种类辐射的作用，包括粘土本身的铀系、钍系、钾－40放射的α、β和γ射线n陶土被加热到380℃以上时（通常在500-1000℃），陶器结晶固体中贮存的能量就被释放完了，重归原位并发光释放完后，陶器晶体继续接受、储存固定辐射能，这些能量是陶器烧成后累积的，可作为年龄标志—古剂量热释光测年的原理n n对于同一件陶器而言，热释光与所受剂量成正比，所以用人工照射后，再测出热释光量就可以推知该陶片对放射性辐照的灵敏度：自然剂量=自然年剂量￿×年代自然热释光量人工剂量=人工热释光量自然剂量热释光灵敏度=陶器烧制年代＝自然热释光量热释光灵敏度×自然年剂量n标本的自然热释光量和热释光灵敏度都可以测定出来，只要测出；￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿陶器中铀、钍、钾的含量，￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿周围土壤中的辐射强度￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿宇宙射线强度，￿￿￿￿确定出自然辐射年剂量，就可以计算出陶器烧制的年代。

陶器烧制年代＝自然热释光量热释光灵敏度×自然年剂量对测年标本的要求对测年标本的要求n热释光是多年的能量积累，一次性放出，无重复性n经过火烧的含有绝缘晶体的文物标本，我们可以测出其最后一次被火烧的年代因此，用于热释光测年的标本必须： 1、含有绝缘体，如石英砂 2、器物埋藏周围，有恒定的、均匀的辐射能源 实际上，绝大多数的陶器、瓷器、火烧土、砖瓦都含有石英砂，可以做测年标本，而粘土、土壤中，均匀分布着铀、钍、钾四十等辐射恒定、长半衰期的能源，关键要精确测出储存的热释光总能量测年标本的采集测年标本的采集 必须明确表明产地的温度、湿度、辐射强度以及所处环境的具体： 1、详细记录周围的地形、土质、植被等情况，测出距离地表覆 盖层的深度； 2、用微计量辐射仪监督环境辐射，尽量排除在具有异常辐射的 环境下采集标本； 3、所采集的标本，最好连周围环境的土壤5~7厘米，一起转入准 备好的塑料袋，密封起来，进行加固包装； 4、一块标本的重量约在30-50克，同一个研究对象最好有3-5标 本（提倡6-12个）； 5、运输、储藏过程中，应尽量避免强光曝晒，绝对禁止高温加 热处理，还要防止外界的放射性辐射。

6、记录下采集地点的地下水位、气候条件及标本采集的季节热释光测年法的优缺点热释光测年法的优缺点n n优点：优点：优点：优点：标本用量少、速度快（几小时）、跨度大标本用量少、速度快（几小时）、跨度大对史前遗存年代测定有较大作用，特别是没有对史前遗存年代测定有较大作用，特别是没有1414C C标本或标本或1414C C标本可疑的遗标本可疑的遗n n缺点：缺点：缺点：缺点：由于方法误差、实验误差和测量误差不可由于方法误差、实验误差和测量误差不可避免，热释光的精确度会受到影响有些因素会避免，热释光的精确度会受到影响有些因素会影响对古剂量、年剂量的测定；需要精确确定天影响对古剂量、年剂量的测定；需要精确确定天然放射性来源，陶器在历史上实际接受放射性照然放射性来源，陶器在历史上实际接受放射性照射条件等射条件等n n在距今在距今2000-80002000-8000年范围内，年范围内，1414C C法更为精确当大法更为精确当大于于80008000年、年、1414C C没有年轮校正曲线时，热释光法可没有年轮校正曲线时，热释光法可与与1414C C法相互补充法相互补充 热释光测年法的应用热释光测年法的应用n20世纪60年代英国牛津大学的科学家发明了用热释光方法测定古代陶器的年代。

￿ ￿n在我国，1979年上海博物馆发表我国第一批热释光年代数据n上海博物王维达教授历经30年研究建立起了中国古代瓷器前剂量饱和指数法测定年代的理论、方法和数据库￿ ￿，，获得国家文物局获得国家文物局“ “文物保护文物保护科学和技术创新一等奖科学和技术创新一等奖” ”￿ ￿鉴定陶器真伪鉴定陶器真伪—热释光革命热释光革命n n热释光技术对欧美博物馆的藏品产生了强烈的冲击，它以迅雷不及掩耳之势，一下子“揪出”了一批隐藏在国际著名博物馆中的古陶器赝品，揭开了争论几十年的古陶器真伪之谜，在文物收藏界引起了巨大的轰动，被人们誉为“热释光革命”n n比较典型的研究案例是——“辉县陶”“辉县陶辉县陶”的由来的由来n n不知在什么时候，我国河南省辉县附近的村落出土不知在什么时候，我国河南省辉县附近的村落出土了一批战国陶器，由出土地点而统称为了一批战国陶器，由出土地点而统称为“ “辉县陶辉县陶” ”因为这批陶器没有发掘报告，所以很可能是属于非因为这批陶器没有发掘报告，所以很可能是属于非法的盗掘到法的盗掘到2020世纪世纪4040年代初，它们出现在欧美年代初，它们出现在欧美古玩市场上这批陶器名目繁多，但主要是小俑、古玩市场上。

这批陶器名目繁多，但主要是小俑、小型和原大的仿青铜器以及各种动物俑小俑是这小型和原大的仿青铜器以及各种动物俑小俑是这些陶器中为数最多且最为著名的器物彩绘陶壶、些陶器中为数最多且最为著名的器物彩绘陶壶、陶奁、陶虎和陶鹅等，因为风格特殊，极为罕见，陶奁、陶虎和陶鹅等，因为风格特殊，极为罕见，所以很受人注目还有一些仿镶嵌的壶和奁，色彩所以很受人注目还有一些仿镶嵌的壶和奁，色彩绚丽，制作精美，非常动人，在文物收藏家中享有绚丽，制作精美，非常动人，在文物收藏家中享有盛誉，到盛誉，到5050年代初，古玩市场上价格极高年代初，古玩市场上价格极高n n但是在40年代，有人见到上海和北京琉璃厂等地复制过这些辉县陶，而且能以复制品的价格购得，可是这些复制品一到海外就鱼目混珠古董商为了牟取暴利，以假充真，哄骗买主，致使辉县陶真假难分，市场混乱不堪随着时间的推移，辉县陶中有很多是赝品的消息不胫而走，使不少收藏家忧心忡忡n n从从2020世纪世纪5050年代起，欧美考古学家、物理学家和年代起，欧美考古学家、物理学家和化学家就联合起来对其进行调查研究他们把辉化学家就联合起来对其进行调查研究他们把辉县陶和与它同时代出土的青铜器、漆器和陶器在县陶和与它同时代出土的青铜器、漆器和陶器在出处、器形、纹饰、颜料以及风格等方面进行了出处、器形、纹饰、颜料以及风格等方面进行了详细的比较和探讨，果然发现了不少的疑点，特详细的比较和探讨，果然发现了不少的疑点，特别是用化学和物理方法检查出来的问题有一定的别是用化学和物理方法检查出来的问题有一定的科学依据。

许多学者在进行这些分析和考证后，科学依据许多学者在进行这些分析和考证后，发表了一系列的文章和著作发表了一系列的文章和著作n n19701970年，英国牛津大学考古和艺术史研究实验室年，英国牛津大学考古和艺术史研究实验室的的FlemingFleming等对等对9 9件中国六朝陶俑进行热释光年代件中国六朝陶俑进行热释光年代测定，结果发现其中测定，结果发现其中6 6件是赝品件是赝品19721972年，他们年，他们对对2222件所谓我国战国时代河南辉县陶器进行测试，件所谓我国战国时代河南辉县陶器进行测试，意外地发现全部是赝品；意外地发现全部是赝品；19731973年，又对年，又对3737件中国件中国唐三彩进行测试，发现其中唐三彩进行测试，发现其中8 8件是近代的仿制品件是近代的仿制品古地磁测年法Archaeomagnetic Dating两种方法两种方法n n考古地磁断代￿￿￿￿是利用某些古物的热剩磁性进行断代的技术，用于新石器时代以来的窑、炉、砖、瓦、陶瓷的年代测定n n地层沉积磁性￿￿￿￿利用地层沉积磁性随地磁极性倒转而倒转的现象进行地层断代的技术，多用于旧石器古代人类遗址的断代考古地磁断代原理考古地磁断代原理n n一般粘土中均含有少量的磁性物质，受到高温一般粘土中均含有少量的磁性物质，受到高温（（700700º ºC C以上）时会失去原有的磁性。

在其冷却过以上）时会失去原有的磁性在其冷却过程中又会被地磁场感应而获得与地磁方向相同的永程中又会被地磁场感应而获得与地磁方向相同的永久磁化，其强度正比于当时的地磁场强度，这便是久磁化，其强度正比于当时的地磁场强度，这便是““热剩磁热剩磁””（（TRMTRM）n n地磁的方向和强度自古以来不断变化着热剩磁性地磁的方向和强度自古以来不断变化着热剩磁性贮存了古地磁变化的信息古代窑、炉、灶、陶瓷贮存了古地磁变化的信息古代窑、炉、灶、陶瓷器等均受过高温具有热剩磁性根据一系列年代明器等均受过高温具有热剩磁性根据一系列年代明确的考古样品，测定其古地磁随年代变化的实验曲确的考古样品，测定其古地磁随年代变化的实验曲线，就能定出未知年代的样品的考古年代线，就能定出未知年代的样品的考古年代古地磁法测年缺点古地磁法测年缺点n n古地磁法古地磁法测年范围测年范围，原则上可以到无穷远，目前为，原则上可以到无穷远，目前为9 9千年内n n误差较大，原因误差较大，原因是：是：　　　　1 1）作为依据的实验曲线本身误差较大，因为不易得到精）作为依据的实验曲线本身误差较大，因为不易得到精确可靠的确可靠的““已知年代已知年代””样品；样品；　　　　2 2）某些年代范围内地磁场变化缓慢，不易定准；）某些年代范围内地磁场变化缓慢，不易定准；　　　　3 3）样品受到其它磁性的干扰未能清除干净。

样品受到其它磁性的干扰未能清除干净n n应用情况应用情况：中科院地球物理研究所古地磁研究室：中科院地球物理研究所古地磁研究室　　　　 西安、宝鸡地区西安、宝鸡地区70007000年以来的标准曲线；年以来的标准曲线；　　　　　　 郑州、洛阳战国以来的标准曲线；郑州、洛阳战国以来的标准曲线；　　　　　　　　 北京地区东周以来的标注曲线北京地区东周以来的标注曲线地层沉积磁断代地层沉积磁断代n n地球在演化过程中，地球的磁场是不断变化的，有时会发生倒转岩石中含有磁性矿物，其在成岩过程中受到地磁场作用而产生剩余磁性，这种剩余磁性反映了岩石生成期间的地磁场方向n n在不同深度的岩石层中取样，便可以得到一个连续的磁极变化序列，在结合地球磁场发生倒转的岩层位置并在钾-氩法的帮助下测出该地磁极性变化柱的大致年代n n利用该法测定湖北利用该法测定湖北“郧县人郧县人”化石地层的年化石地层的年代电子自旋共振测年法电子自旋共振测年法Electron Spin Resonance电子自旋共振测年法原理电子自旋共振测年法原理n电子自旋共振（Electron spin resonance，简称ESR），又叫电子顺磁共振（Electron paramagnetie resonance，简称EPR）。

ESR是电子自旋能级在外磁场的作用下发生塞曼分裂，同时在外加微波能量的激发下电子从低能级向高能级跃迁的共振现象n￿ESR测年法的基本原理就是直接测定样品自形成以来由于辐射损伤所产生的顺磁中心的数目（即所接受的放射性射线辐照和本身的累积效应）P=AD=∫AD(t)dt0电子自旋共振测年法优点电子自旋共振测年法优点n①测年范围广，从几千年到几百万年，几乎覆盖了整个第四纪地质年代，主要用于几十万年的范围n②测定对象广泛，洞穴的碳酸盐沉积物、软体动物贝壳、珊瑚、古脊椎动物和古人类骨骼、牙齿等都可认为测试样品n③测试条件简单，测试信号受周围环境影响小，而且样品可反复使用n④是一种非破坏性的分析方法，对样品不存在损伤￿氨基酸外消旋法Amino acid Racemination Dating氨基酸外消旋法氨基酸外消旋法原理原理n动物肌体蛋白质水解后可产生20多种氨基酸，均为左旋体结构（L型）生物死亡后埋在地下，有机质在自然条件下也被水解为氨基酸保存在化石中，但氨基酸的左旋体结构会慢慢地向右旋体结构（D型)转化，最后达到平衡D/L=1时，以致旋光作用消失这一过程即“外消旋反应”；根据化石中氨基酸D/L比例来确定化石样品的年代。

测年范围：数千年~百万年（补充碳十四的空白）氨基酸消旋断代法的优点氨基酸消旋断代法的优点n n它能够对小样品进行断代，通常只要它能够对小样品进行断代，通常只要10g10g的骨头样的骨头样品就足够了品就足够了n n它可以对具有它可以对具有1010万年或年龄更早的样品进行断代万年或年龄更早的样品进行断代n n该方法简单易行，样品容易采集该方法简单易行，样品容易采集n各种氨基酸的外消旋反应速度不一样，在一定的温度条件下各有自己的“半衰期”（测年范围从几百万年到几千年）；n通常适用于古老洞穴和海底沉积化石样品的年代测定，因为这些地方温度环境相对稳定骨化石氟含量法骨化石氟含量法基本原理基本原理n n定义定义：利用同一地区、同一地下水环境中，骨骼、：利用同一地区、同一地下水环境中，骨骼、牙齿中含氟量的多少，进行判定骨骼、牙齿的相对牙齿中含氟量的多少，进行判定骨骼、牙齿的相对年代的一种方法年代的一种方法n n对象对象：骨骼、牙齿：骨骼、牙齿n n测年原理测年原理：：　　骨骼（包括牙齿）中的主要成分无机磷化合物羟　　骨骼（包括牙齿）中的主要成分无机磷化合物羟磷灰石在地下水中浸蚀下，水中的氟（磷灰石在地下水中浸蚀下，水中的氟（F F）离子会）离子会置换骨中的羟基，形成氟磷灰石置换骨中的羟基，形成氟磷灰石[Ca[Ca[Ca[Ca10101010（（（（POPOPOPO4 4 4 4））））6 6 6 6 F F F F 2 2 2 2] ] ] ]。

这一过程是不可逆的，因此，骨中含氟量的多少与这一过程是不可逆的，因此，骨中含氟量的多少与时间成正比时间成正比铀系同位素断代法铀系同位素断代法Uranium-series Dating铀系同位素断代法基本原理铀系同位素断代法基本原理n铀系同位素断代（Uranium-series dating），又称不平衡铀系断代法，是利用样品中铀系、钍系子体放射性的不平衡性测定年代技术的总称适合于旧石器时代古遗址的测年，所测年代在0.5-50万年，而且仅限于测定富含碳酸钙的岩石（如方解石）n238U的半衰期为4.51x109年n铀系法所需样品仅几十克碳酸盐或几克动物牙齿、骨化石即可，样品的选取要注意：n首先，要选取尽可能靠近古文物的方解石或石灰华（另一种形式的碳酸钙）；n此外，在取样时要尽量避免选取受“污染” 的样品，否则会产生较大的年龄误差，污染源主要是附近的土壤和水n但实际上理想的样品并不多，而且误差也较大，所以经常与钾－氩断代法、裂变径迹法、氨基酸外消旋法等断代方法互相补充近年来，随着质谱铀系法的发展，其以所需样品少、精度高而代表了铀系测年的方向钾－氩断代法钾－氩断代法Potassium-argon Dating [K/Ar]钾－氩断代法钾－氩断代法基本原理基本原理n钾—氩断代法(，亦属于同位素断代法的一种，是利用矿物中钾－40衰变成氩－40的原理进行断代的。

n考古学中用钾－氩法测定旧石器时代的遗址年代近年来，钾－氩法得到改进，精度有所提高t为年龄λK为40K的K层电子俘获衰变常数λβ为40K的β衰变常数D为经t年后测定出样品中的40Ar的原子数N为经t年后样品中40K的原子数黑曜岩水合法断代黑曜岩水合法断代Obsidian Hydration Dating黑曜岩水合法断代黑曜岩水合法断代原理原理n黑曜岩水合法（Obsidian hydration dating）是利用黑曜岩表面水合层的厚度来推测黑曜岩工具制作年代的技术n黑曜岩是一种火山玻璃，石器时代的人类经常用它制作各种工具黑曜岩对水有很强的亲和力，由外向内扩散形成水合层nD2=Kt，其中D为水合层厚度，K为扩散系数，与埋藏的温度和黑曜岩本身的化学成分有关而与湿度无关穆斯堡尔谱学断代穆斯堡尔谱学断代穆斯堡尔谱学断代基本原理穆斯堡尔谱学断代基本原理n根据古陶在地下埋藏过程中，古陶中还有的石英、长石等矿物晶粒会受到天然放射性元素（铀、钍、钾）发射的α、β和λ射线或宇宙射线的辐射，会使样品中的一些晶粒的结构出现晶格缺陷，这样古陶在地下埋藏的年代越久，晶格中的能量状态变化就越大，即具有累积性质，所以晶格变化的程度与样品的年龄成正比，利用穆斯堡尔谱学能测量出古陶晶格中原子核周围能量状态的变化，从而可推断出古陶的年龄。

穆斯堡尔谱学断代优缺点穆斯堡尔谱学断代优缺点n在实际工作中，利用穆斯堡尔谱效应测量并计算样品中某些矿物四面体和八面体晶粒中二价铁原子核周围的电场梯度的大小随样品年龄的变化曲线，即可准确得到样品的年龄n优点：方法简单，使用方便n￿缺点：样品中原子核周围的电场梯度的大小还与样品的烧结温度和原料成分有关，这会带来一定的误差，且穆斯堡尔谱线需要经过计算机解析才能得到结果。