史前样本要改生日了？放射性碳测年迎来校正
2020/6/2 22:07:02 大象公会

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     原文作者：Nicola Jones

     学界对放射性碳测年的年代校正期盼已久，最近的一次重新校正可能会让一些史前样本的年份产生数百年的变动。

    

     通过来自树木年轮、沉积层和其他样本的数据，研究人员得以对碳测年的过程进行校正。来源：Philippe Clement/Arterra/Universal Images Group/Getty

     放射性碳测年(radiocarbon dating)是用于确定史前样本年代的重要工具，这种工具即将迎来一次重大的更新。通过在世界各地获取的大量新数据，这项技术将在七年里首次得到重新校正。校正结果的意义可能体现在许多研究发现的年代估算上。比如，根据最新的校正数据，来自西伯利亚的最古老现代人类化石的年代要比先前认为的晚1000年。

     这项工作整合了来自树木年轮、湖泊与海洋沉积物、珊瑚和石笋、以及其他来源的成千上万条数据，可以把放射性碳测年的时间范围扩展到5.5万年前——比2013年最后一次校正的时候多了5000年。

     考古学家们喜出望外。“也许是我禁足在家太久了，”新西兰奥塔哥大学的Nicholas Sutton在推特上写道，“但是…这真的让我太激动了!”

     基本上，这次碳测年的重新校正只会带来微小的变化，但对于旨在缩小史前事件对应的时间范围的考古学家和古生态学家而言，任何微调都绝非小事。考古年代学家、英国牛津放射性碳加速器实验室(ORAU)主任Tom Higham认为，新的校正曲线对理解史前史来说“至关重要”。

     测年竞赛

     放射性碳测年的基本原理很简单：所有生物都会吸收身边的空气和食物来源中的碳元素，这其中包括一定量的天然放射性碳-14。在动植物死亡后，它们对碳元素的吸收也停止了，但其体内累积的放射性碳会继续发生衰变，所以对生物的碳-14残留进行测量，就能够估算出它死了多久。

     不过，这种基本计算假定环境中碳-14的量在时间和空间上都是恒定的，但实则不然。在最近几十年里，化石燃料的燃烧以及核弹试验让大气中的碳-14含量发生了翻天覆地的变化；在更久远的过去，还有非人为因素导致的波动。比如在地磁倒转期间，有更多的太阳辐射进入大气，产生了更多的碳-14。另一边，大洋也会吸收并循环碳元素，在海洋面积更大的南半球，这种效应也更强，而持续几个世纪后，情况也愈加复杂。

     因此，我们需要历日期与不同地区碳-14年代之间的转换表。科学家正在准备发布北半球(IntCal20)、南半球(SHCal20)和海洋样本(MarineCal20)的新校正曲线。它们将在接下去几个月的《放射性碳》(Radiocarbon)期刊上发表。

     自上世纪60年代以来，研究人员主要通过树木来完成这类重新校正的工作。他们以数年轮的方式获取历日期，然后把它们与测得的碳-14年代相匹配。在用这种方法研究过的树里，最古老的是美国加利福尼亚州的一棵约5000岁的刺果松。通过将不同树木年轮的相对宽度相互匹配，包括来自泥炭沼泽和历史建筑中的树木，现在用树木推算的年代纪录向前推至13910年前。

     从1998年到现在，一共有过四次正式的IntCal校正，它们补充了来自海洋沉积物、湖泊的纹层沉积、洞穴石笋和珊瑚(它们既可以用放射性碳来定年，也可以通过钍/铀测年等技术进行独立评估)的数据。2018年，中国葫芦洞的几支石笋将可测的年代纪录追溯到了5.4万年前[1]。

     IntCal20拥有12904条数据，比2013年的时候几乎翻了一番。IntCal工作组组长、英国贝尔法斯特女王大学研究放射性碳测年的Chrono中心负责人Paula Reimer认为，这次的结果让人满意得多。以4万年前一次已知的短暂地磁倒转为例，2013年校正曲线的碳-14峰值太低，而且年代要早了500年。新曲线解决了这个让人伤脑筋的问题。

     Higham表示，这次重新校正对于了解生活在4万年前的古人类的年代学来说有着根本性的意义。“我非常期待用这个曲线来处理我们的最新数据。”他说道。

     重估史前史

     IntCal20修正了罗马尼亚发现的一个叫作Oase 1的智人(Homo sapiens)下颌骨的年代，它可能要比之前认为的还早数百年[2]。Higham介绍说，对Oase 1的遗传分析显示，它的主人在四到六个世代以前就有过一位尼安德特人祖先，因此Oase 1的年代越久远，尼安德特人在欧洲生活的时代也越早。同时，根据新的转换曲线，在西伯利亚出土的欧亚大陆最古老智人化石Ust’-Ishim的年代比旧数据要晚将近1000年。“这改变了我们所能认定的西伯利亚中部地区现代人出现的最早日期。”Higham说。不过，他还提醒道，在这类测量问题上，误差的来源不单只有放射性碳校正：“要对这样古老的骨骼进行测年，污染的影响才是最大的。”

     其他人将利用这次重新校正来评估环境事件。举例来说，研究者围绕希腊圣托里尼岛米诺斯(Minoan)火山喷发年代的争论持续了几十年。直到最近，碳测年给出的最好结果通常是公元前16世纪早期，这要比大多数考古学研究得到的数据早了约100年。IntCal20提高了测年的精度，但让问题更加扑朔迷离：总的来说，它把碳测年结果对应的历日期往后推了大概5-15年，但是由于校正曲线存在不小的波动，IntCal20得出了6个火山喷发可能的时间范围——其中可能性最大的是在公元前16世纪早期，但也有可能是在公元前15世纪晚期[2]。

     Reimer说，两派人马因此仍然各执一词，不过分歧变小了，不确定性更多了。“一些人还在争论，”她说。“并没有确切答案。”

     尽管如此，Higham还是认为，任何人如果要了解与过去5万年间的人类史有关的任何事情，都会对新的碳-14年代校正翘首以盼。他说：“对于史前史研究来说，当下是尤为激动人心的时刻。”

     参考文献：

     1.Cheng, H. et al. Science 362, 1293–1297 (2018).

     2.van der Plicht, J. et al. Radiocarbon https://doi.org/10.1017/RDC.2020.22 (2020).

     原文以Carbon dating, the archaeological workhorse, is getting a major reboot为标题发表在2020年5月19日的《自然》新闻上

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     Nature|doi: 10.1038/d41586-020-01499-y

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