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    碳同位素對考古界的影響

    碳氏宗族的兄弟主要有3個,碳十二、碳十三和碳十四。它們在自然界中的豐度分布分別是碳十二約占98.9%,碳十三約占1.1%,碳十四約占10-10%。而恰恰是后兩者豐度較低的碳同位素,成為考古學研 究中的“示蹤劑”,受到世人的重視。


    中科院考古所碳十四實驗室從事的正是經過碳十四、碳十三這樣兩個碳氏宗族成員的剖析來討論人類的過去。 碳十四又被稱作人類的放射性時鐘。之所以有此,在于它的編年特性。碳十四是一種放射性同位素,半衰期為5730年。也便是說每過5730年,其數量就衰減一半。它由宇宙中子射線與大氣中的氮反應而 生成。生成的碳十四與氧效果生成二氧化碳,隨氣流流動使其分布均勻,然后進入水圈、巖石圈、生物圈等。



    進入生物圈中的含有碳十四的二氧化碳經過光合效果進入植物體,之后再經過食物鏈吸收進 入人類或動物體中。在這樣一個不斷發生、不斷吸收、不斷衰變的進程中,生物體中的碳十四與大氣之間總是處于一個交換平衡情況。當生物逝世后,交換進程停止了,其體內碳十四隨時間衰變,越來 越少。這樣,我們經過對殘余碳十四水平的檢測,就可得到其逝世時代。這便是碳十四測年的原理。 


    碳十四測年辦法是在上世紀40時代末由美國科學家利貝創建的。50時代末,在著名考古學家夏鼐先生的親自關懷和支持下,原在中科院高能物理研討所作業的仇士華和蔡蓮珍兩位先生調入考古所,開始 從事碳十四實驗室的建立作業。在設備和資金都比較匱乏的情況下,兩位先生自食其力,僅憑著夏鼐先生從國外帶回的一本英文材料,自力更生、因陋就簡,經過幾年的努力,建起了國內第一個碳十四 實驗室。


    隨后中科院地質所、北京大學等碳十四實驗室也相繼建立,有力地推動了碳十四測年辦法在我國的使用和發展。截至上世紀90時代,使用于文物考古領域中的碳十四測年數據已達兩千余個,建立了舊石器晚期以來的史前考古學時代序列,為考古、文物研討提供了依據。 


    碳的另一同位素碳十三是穩定同位素,考古學界對碳十三的認識開始是源于關于碳十四時代的校對。生物體中存在著分餾效應,即化學性質相同而原子質量不同的同位素在參與各種化學或生理改變進程 中,因為活潑程度不同,使反應前后的同位素組成發生改變。這種分餾效應使得生物體內的碳十四水平與大氣之間發生違背,而碳十三改變與碳十四改變之間存在必定的對應關系,且碳十三比值能夠通 過質譜測量得到,因而要經過碳十三剖析對碳十四的時代進行校對。


    當上世紀60時代初科學家利貝捧回碳十四測年辦法的諾貝爾獎時,緊接著在第二年美國的另一位科學家卡爾文因為碳十三光合效果途 徑的研討也獲得了同樣的榮譽。而誰也沒料到的是,多年之后兩種辦法又不約而同地走到了一起,一起承擔起考古學研討的重擔。因為古人類食物結構研討中的主食剖析依據的正是光合效果途徑的研 究。 


    近兩年實驗室在合作考古開掘作業中關于山東教場鋪、青海喇家等史前遺址進行了人骨剖析,獲得了一些新的信息,成為以往研討中的彌補。如教場鋪遺址,考古學家在開掘中發現了小米和稻米,但據 此難以判斷其時這里的人是怎樣的主食情況。經過遺址中10例人骨的碳十三剖析能夠看出,其主食中C4類植物平均值為96%,也即人們主食中的小米成分是相當大的。經過取遺址人骨剖析,得知喇家遺址 人的主食中小米類占100%。由此能夠推斷距今4000千年左右的喇家培養農業已占了相當大的比重。

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