碳14年代测定是如何起作用的

宇宙射线每天大量进入地球大气层。例如，每个人每小时都会被大约50万宇宙射线击中。宇宙射线与大气中的原子发生碰撞，产生以高能中子形式出现的次级宇宙射线，而这些高能中子又与氮原子发生碰撞，这并不罕见。当中子碰撞时，一个氮-14(7个质子，7个中子)原子变成一个碳-14原子(6个质子，8个中子)和一个氢原子(1个质子，0个中子)。碳14是有放射性的半衰期大约5700年。

有关宇宙射线、半衰期以及放射性衰变过程的更多信息，请参阅核辐射是如何工作的．

《生物》中的碳14

宇宙射线产生的碳14原子与氧气结合形成二氧化碳，植物会自然地吸收二氧化碳，并通过光合作用将其吸收到植物纤维中。动物和人类吃植物，也吸收碳14。在任何给定的时间内，空气和所有生物中正常碳(碳12)与碳14的比率几乎是恒定的。也许一万亿碳原子中有一个是碳14。碳-14原子总是在衰变，但它们正以恒定的速度被新的碳-14原子所取代。此时，你的身体里有一定比例的碳14原子，所有活着的植物和动物都有相同比例的碳14原子。

生物一旦死亡，就会停止吸收新的碳。碳-12和碳-14在死亡时刻的比例与其他任何生物一样，但碳-14会衰变，不会被取代。碳14的半衰期为5700年，而样本中碳12的含量保持不变。通过观察样本中碳-12和碳-14的比例，并将其与生物体内的比例进行比较，就有可能相当精确地确定一个曾经有生命的生物的年龄。

用碳-14年代测定法计算样品年龄的公式如下:

t = [ln (Nf/No) / (-0.693)

t = ln (N_f/ N_o) / (-0.693)] x t_1／2

ln是自然对数，N_f/ N_o样本中碳-14的百分比与活组织中碳-14的含量相比，是多少_1／2是碳14的半衰期(5700年)。

所以，如果你有一个化石，与活的样本相比，碳-14含量为10%，那么这个化石将是:

T = [ln (0.10) / (-0.693)] x 5700年

T = [(-2.303) / (-0.693)] x 5700年

T = [3.323] x 5700年

T = 18940岁

因为碳14的半衰期是5700年，它只能可靠地测定60,000年前的物体。然而，碳-14年代测定法的原理也适用于其他同位素。钾-40是另一种自然存在于人体内的放射性元素，其半衰期为13亿年。用于放射性年代测定的其他有用的放射性同位素包括铀-235(半衰期= 7.40亿年)、铀-238(半衰期= 45亿年)、钍-232(半衰期= 140亿年)和铷-87(半衰期= 490亿年)。

各种放射性同位素的使用使生物和地质样品的年代测定具有很高的准确性。然而，放射性同位素年代测定在未来可能不那么有效。20世纪40年代以后死亡的任何东西核弹在美国，核反应堆和露天核试验已经开始改变局面，但要准确确定日期将更加困难。

最初出版:2000年10月3日