碳-14
碳14（14
C）或放射性碳是碳元素的一种具放射性的同位素，于1940年2月27日由加州大学伯克利分校放射性实验室（现劳伦斯伯克利国家实验室）的马丁·卡门和萨姆·鲁本首先发现[2]。碳-14原子由宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。碳-14的原子核由6个质子和8个中子构成，其半衰期约为5,730±40年，衰变方式为β衰变，衰变过程中，碳-14原子转变为氮-14原子。在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在，其次约1%的碳以碳-13的形式存在，而只有万亿分之一（0.0000000001%）的碳-14存在于大气中。
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| 基本 | |
|---|---|
| 符号 | 14C |
| 名称 | 碳-14、C-14、放射性碳 |
| 原子序 | 6 |
| 中子数 | 8 |
| CAS号 | 14762-75-5  |
| 核素数据 | |
| 丰度 | 万亿分之一 |
| 半衰期 | 5,730 ± 40 年 |
| 原子量 | 14.003241 u |
| 自旋 | 0+ |
| 衰变模式 | |
| 衰变类型 | 衰变能量（MeV） |
| β衰变 | 0.156476[1] |
| 碳的同位素 完整核素表 | |
1940年代，威拉得·利比在美国芝加哥大学利用碳-14的特性发明了放射性碳定年法，并于1960年获得诺贝尔化学奖[3][4][5] 。由于有机材料中含有碳-14，因此根据它可以确定考古学、地质学和水文地质学样本的大致年代，利用放射性碳定年法最大测算不超过6万年，而且没有参照的情况下测算结果误差较大。
放射性碳定年法 编辑
由于碳-14之半衰期达5,730年，且碳是有机物的元素之一，一般可以根据死亡生物体的体内残余碳-14成分来推断其年龄。生物借由呼吸摄入碳-14，在生物体内含量大致稳定不变，而死去后停止呼吸，此时体内留存的碳-14因衰变开始减少。由于碳-14在自然界的各个碳的同位素中的比例很稳定，因此可以透过测量一件古物的碳-14含量，来估计它的大概年龄。这种方法被称为放射性碳定年法。
这个方法估计的大气碳-14含量可以通过植物年轮（最多可推算到大约10000年前）或者洞穴沉积物（例如钟乳石，最多可推算到大约45000年前）来推算，根据推算结果对比年轮和洞穴沉积物就可以建立起碳-14的年代变化模型，从而获得其它样本的年龄。
限制 编辑
碳-14定年法最大测算时间不能超过6万年，而且所测得的年代有颇大的误差。而且其假定大气中的碳-14浓度不会随时间而改变，也与事实有落差。此外，碳-14测定亦有可能受到诸如火山爆发等自然因素影响，因为在火山喷发时将地下大量气体和物质带到大气中，从而影响碳-14在某区域大气中的含量。所以，若没有其他年代测定方法（如：利用树木的年轮）来检订，单单依赖碳-14的测年数据并不完全可靠。随着现代工业的高速发展和大量化石燃料的应用，古代深藏地下的碳被排放到大气中并进入生物循环，但是这些化石燃料的碳-14含量非常稀少，因此不会对放射性碳定年法的结果产生干扰。
存在 编辑
化石燃料中 编辑
大多数人造材料（塑料）由化石燃料，诸如石油或者煤炭制成，其中包含着远古时期的碳-14。然而，石油蕴藏物中通常存有微量的碳-14，但所含的碳-14的量不稳定，误差范围可以从当时有机物中的1％到40000年之间碳-14曾经存在过的最高水平。这表明碳-14的浓度有可能会在自然界当中受到污染，例如细菌、地下放射性物质（例如铀元素的衰变辐射）[6] 或其它的碳-14的二次制造源。现存的碳-14在其碳质原料的同位素特征中有机会受到生物源污染或地质岩层附近环境的放射性污染。
人体中 编辑
在人体中，碳元素约占整个身体质量的18%。生物体的每克碳内含有大约500亿个碳-14原子，其中每分钟大约有10个碳-14原子衰变。
参考文献 编辑
- ^ Waptstra, A.H.; Audi, G.; Thibault, C. AME atomic mass evaluation 2003. [2007-06-03]. （原始内容存档于2008-09-23）.
- ^ An Historical Perspective on the Lab's Legacy: A Year-Long Series in The View: Part Two. www2.lbl.gov. [2019-08-04]. （原始内容存档于2019-08-04）.
- ^ Radiocarbon Dating. American Chemical Society. [2019-08-04]. （原始内容存档于2019-08-04） （英语）.
- ^ UChicago site of radiocarbon dating discovery named historic landmark. University of Chicago News. [2019-08-04]. （原始内容存档于2019-08-04） （英语）.
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 1960. NobelPrize.org. [2019-08-04]. （原始内容存档于2018-08-08） （美国英语）.
- ^ Jull, A.J.T.; Barker, D., Donahue, D. J. Carbon-14 Abundances in Uranium Ores and Possible Spontaneous Exotic Emission from U-Series Nuclides. Meteorics. 1985年12月, 20: 676. (abstract)
参考资料 编辑
- Bowman, Sheridan. Interpreting the Past: Radiocarbon Dating. Berkeley: University of California Press. 1990. ISBN 0520070372.
- Currie, L. The Remarkable Metrological History of Radiocarbon Dating II (PDF). J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2004, 109: 185–217. （原始内容 (PDF)存档于2011-02-24）.
- de Vries, H. L. (1958). "Variation in Concentration of Radiocarbon with Time and Location on Earth", Proceedings Koninlijke Nederlandse Akademie Wetenschappen B, 61: 94-102; and in Researches in Geochemistry, P. H. Abelson (Ed.) (1959) Wiley, New York, p. 180.
- Friedrich, M.; et al.. The 12,460 Year Hohenheim Oak and Pine Tree─Ring Chronology from Central Europe—a Unique Annual Record for Radiocarbon Calibration and Paleoenvironment Reconstructions. Radiocarbon. 2004, 46: 1111–1122.
- Gove, H. E. (1999) From Hiroshima to the Iceman. The Development and Applications of Accelerator Mass Spectrometry. Bristol: Institute of Physics Publishing.
- Kovar, Anton J. Problems in Radiocarbon Dating at Teotihuacan. American Antiquity. 1966, 31: 427–430. doi:10.2307/2694748.
- Lerman, J. C.; Mook, W. G.; Vogel, J. C.; de Waard, H. Carbon-14 in Patagonian Tree Rings. Science. 1969, 165 (3898): 1123–1125. PMID 17779805. doi:10.1126/science.165.3898.1123. ; *Lerman, J. C., Mook, W. G., and Vogel, J. C. (1970) Proc. 12th Nobel Symp.
- Lorenz, R. D.; Jull, A. J. T.; Lunine, J. I.; Swindle, T. Radiocarbon on Titan. Meteoritics and Planetary Science. 2002, 37: 867–874.
- Mook, W. G.; van der Plicht, J. Reporting 14C activities and concentrations (PDF). Radiocarbon. 1999, 41: 227–239. （原始内容存档 (PDF)于2012-05-18）.
- Weart, S. (2004) The Discovery of Global Warming - Uses of Radiocarbon Dating （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- Willis, E.H. (1996) Radiocarbon dating in Cambridge: some personal recollections. A Worm's Eye View of the Early Days （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
参看 编辑
外部链接 编辑
- 黄国恩，《“碳十四测年法”的原理是什么？》，台湾台东：国立台湾史前文化博物馆。
| 相邻较轻同位素: 碳-13 |
碳-14是 碳的同位素 |
相邻较重同位素: 碳-15 |
| 母同位素： 硼-14 氮-18 |
碳-14的 衰变链 |
衰变产物为 氮-14 |