化石燃料的使用正在混淆一些碳定年的測量方法

碳是地球上生命的基礎；它存在于每個生物的細胞中。這種元素有幾種形式，或同位素。它的大部分將是穩(wěn)定的形式：碳-12，它是無放射性的。但是它的一部分是碳-14。這種同位素是不穩(wěn)定的，意思是它會衰變，隨著時間的推移會蛻變成另一種元素?？茖W家們已經(jīng)能夠利用這種衰變來計算出曾經(jīng)有生命的東西的年齡，最高可達55000年。但是對于現(xiàn)代文物來說，這種碳測年法的使用已經(jīng)變得不太可靠。原因是社會對化石燃料的猖獗燃燒。

 

科學家們可以使用幾種不同的元素來確定過去物體的日期。一種廣泛使用的測年技術依賴于碳-14的鐘狀衰變。當生物體活著的時候，碳循環(huán)確保它們的細胞中都有差不多水平的碳-14。死后，隨著他們曾經(jīng)活著的組織中的放射性原子開始衰變，碳-14的數(shù)量逐漸開始下降。這發(fā)生得非常緩慢。他們的水平需要5730年才能下降50%。

 

科學家們可以根據(jù)碳-14的剩余量來計算出一種材料的年齡。

 

起初，這種技術只對相當古老的文物，可能有1萬至5萬年歷史的物品進行測算。它對最近的遺跡并不奏效。他們的碳-14衰變得不夠多，不容易被測量。

 

但這一切在上世紀中期發(fā)生了變化。從20世紀50年代中期到60年代，美國軍方進行了大量的地面核武器試驗，給地球環(huán)境造成了巨大的災難和問題。值得慶幸的是，這些試驗在1963年結束了。這些核彈的落塵突然，并且是戲劇性地提高了地球表面或附近的碳-14的數(shù)量。這就像有一個新鮮的碳-14來源。這方面的一個知名圖表被稱為 "炸彈曲線"。

 

這些炸彈試驗中突然爆發(fā)的額外碳-14給了科學家一個時間書簽。在試驗之后，最近的試驗中有足夠的碳-14，可以進行測量。現(xiàn)在，科學家們不再使用碳-14的自然衰變來確定事物的日期，而是可以使用碳-14與穩(wěn)定的碳-12之間的比例變化。

 

這種比例使得碳測年適合于分析藝術品、茶葉樣本、一具身份不明的尸體，甚至是在卡車后部發(fā)現(xiàn)的大象象牙的獠牙。

 

科學家們知道，隕石的碳-14信號不會永遠持續(xù)下去。隨著碳在生物體內(nèi)的循環(huán)，這種同位素的份額會隨著時間的推移自然下降。但是新的分析表明，如果沒有最近由于廣泛使用化石燃料而導致的碳基污染物排放的增加，它的作用將遠遠提前結束。

 

化石燃料的問題

 

煤炭和石油等化石燃料來自于古老的生物體。因為它們有幾百萬年的歷史，所以它們不含碳-14。事實上，它在5萬年內(nèi)幾乎全部消失。

 

因此，通過燃燒這些燃料，人們已經(jīng)在大氣中播撒了越來越多的碳-12。這已經(jīng)稀釋了環(huán)境中的碳-14。其結果是，碳-14與碳-12的比例一直在穩(wěn)步變小。

 

海瑟·格雷文（Heather Graven）是一位大氣層科學家。她在英國的倫敦帝國學院工作。格雷文領導的團隊測量了化石燃料的使用對這個比例的影響。她解釋說，碳-14與碳-12的這一比例就像武器試驗后死亡的事物的時間戳。如果碳-14在某物中的比例高于工業(yè)革命前（19世紀初）的類似物品，那么你就知道這種材料來自過去60年。

 

她的團隊現(xiàn)在報告說，這一比例的下降速度遠遠超過了最初的預期。事實上，它現(xiàn)在已經(jīng)回到了炸彈試驗之前的位置。

 

這意味著，"化石燃料效應正在真正接管"。隨著時間的推移，這種用于測定相對較近的物體的碳時間標記變得有點困難。這已經(jīng)到了這樣的地步：新的東西可以看起來好像是舊的一樣。因此，科學家將不能用它來確定最近的遺體的日期。格雷文的團隊報告說，碳測年可以把從一歲到75歲的任何東西賦予相同的表面年齡。

 

布魯斯·布霍爾茨（Bruce Buchholz）是美國加利福尼亞州勞倫斯國家實驗室的一名化學家。在那里，他利用炸彈曲線來解決一些基本的生物學問題。例如，碳比率已經(jīng)幫助他確定哪些身體結構（如肌肉）可以自我修復，哪些不能（如跟腱和眼球的晶狀體）。

 

他也觀察到相對 "年輕 "的組織的碳測年的可靠性有所下降。起初，這種下降似乎只是由于大氣和海洋中炸彈的多余碳-14的正常混合。但是在過去的10到20年里，他說，碳測定的問題越來越多地被化石燃料的燃燒所驅動。

 

 

科學家們實時看到了化石燃料燃燒對他們做好科學工作的能力所產(chǎn)生的影響。布霍爾茨（Buchholz）解釋說："失去這種技術可能會使一個當代[新]的樣本看起來像是來自炸彈爆炸前的時代。"格雷文補充說，到本世紀末，碳-14比率將相當于2500年前的水平。‘

 

科學家們已經(jīng)能夠使用這種技術非常精確地標記歷史上非常短、非常近的時間點的物品。格雷文（Graven）說，科學家們知道碳測年的用處將是短暫的。但是現(xiàn)在，她說，她的團隊已經(jīng)表明，這并不是在遙遠的未來可以期待的事情。它現(xiàn)在正在發(fā)生。