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科学家如何弄清楚几岁了?

始祖鸟化石
始祖鸟的化石,有史以来最古老的鸟类
图片:©James L.Amos via Getty)

精确地注明日期或确定对象年龄的能力可以教会我们何时 地球 有助于揭示过去的气候,并告诉我们早期人类的生活。那科学家怎么做呢?

专家表示,放射性碳测年是迄今为止最常用的方法。该方法涉及测量碳14(一种放射性物质)的量。 同位素-或 原子 用不同数量的中子。 Carbon-14在环境中无处不在。英格兰牛津大学的考古学家和放射性碳测年专家托马斯·海厄姆说,在大气中高空形成后,植物将其吸入,动物将其吸入。 

Higham告诉Live Science:“所有活着的东西都会吸收它。” 

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碳的最常见形式有六个中子,而碳14具有两个中子。这使得同位素比最常见的碳形式重且稳定性差。因此,几千年后,碳14最终崩溃了。它的一个中子分裂成一个质子和一个电子。当电子逸出时,质子仍然是原子的一部分。少了一个中子,多了一个质子,同位素就会分解成 .

当生物死亡时,他们停止吸收碳14,体内残留的碳开始缓慢的放射性衰变过程。科学家知道给定数量的14碳的一半衰变需要多长时间-这一时间称为半衰期。这样一来,他们就可以通过测量残留在其中的碳14与碳12的比例并将该量与碳进行比较,从而测量有机物的年龄-无论是动物的皮肤还是骨骼,灰烬或年轮。 -14半衰期。 

碳 -14的半衰期为5,730年,非常适合想要研究最近50,000年历史的科学家。海厄姆说:“这基本上涵盖了人类历史上真正有趣的部分,农业的起源,文明的发展:所有这些事情都发生在放射性碳时期。” 

然而,宾夕法尼亚州立大学放射性碳实验室的助理教授布伦丹·库尔顿说,比那更老的物体的碳14损失了99%以上,几乎无法检测到。对于较旧的物体,科学家不使用碳14作为年龄的量度。相反,他们经常寻找环境中存在的其他元素的放射性同位素。

对于世界上最古老的物体, -- 约会是最有用的方法。 Higham说:“我们用它来约会地球。”虽然放射性碳测年是 科学家仅可以使用曾经存在过的材料,而科学家们可以使用铀---铅测年法来测量岩石等物体的年龄。在这种方法中,科学家测量了各种不同的放射性同位素的数量,所有这些放射性同位素都会衰变成稳定的铅形式。这些单独的衰变链始于铀238,铀235和or 232的分解。 

“铀和th是如此大的同位素,它们在接缝处爆炸。它们总是不稳定的。” 犹他州立大学的地质学家Tammy Rittenour说。这些“母同位素”在分解为铅之前,会先分解成不同的放射性同位素级联,每种同位素的半衰期都不同,从几天到数十亿年不等。 环保局。就像放射性碳测年一样,科学家计算这些同位素之间的比率,并将它们与各自的半衰期进行比较。使用这种方法,科学家可以对迄今发现的最古老的岩石进行测年。 拥有44亿年历史的锆石晶体 found in Australia.

最后,另一种定年方法不是告诉科学家物体有多老,而是什么时候最后暴露于热或阳光下。这种方法称为发光测年,受到研究过去一百万年景观变化的地球科学家的青睐-他们可以用它来发现冰川何时形成或后退,并在山谷上沉积岩石;或当洪水将沉积物倾倒在河流流域时,Rittenour告诉Live Science

当这些岩石和沉积物中的矿物被掩埋时,它们就会暴露于它们周围的沉积物发出的辐射中。这种辐射将电子从原子中踢出。一些电子回落到原子中,但另一些电子则卡在空穴或其他缺陷中,而这些缺陷或缺陷周围都是原子密集的网络。它需要第二次暴露在热或阳光下才能将这些电子击回到其原始位置。这正是科学家所做的。它们使样品暴露在光下,并且随着电子落回到原子中,它们会发出热量和光或发光信号。 

里滕努尔说:“物体被掩埋的时间越长,它受到的辐射就越多。”她说,从本质上讲,暴露在大量辐射下的长埋物体将有大量电子被剔除掉,当它们返回原子时,它们会共同发出明亮的光。因此,发光信号的数量告诉科学家物体被掩埋了多长时间。 

约会对象不仅对理解世界的年龄以及古代人类的生活很重要。法医使用它来解决从谋杀到艺术品伪造的犯罪。 Higham说,放射性碳测年可以告诉我们优质葡萄酒或威士忌已经陈化了多久,因此也被假冒了。 “有各种各样的不同应用。”

最初发表在《世界科学》上。