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(chǔ)；它存在于每個生物的細(xì)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(xué)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(xué)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(shù)依賴于碳-14的鐘狀衰變。當(dāng)生物體活著的時候，碳循環(huán)確保它們的細(xì)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(xué)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(shù)只對相當(dāng)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(jì)中期發(fā)生了變化。從20世紀(jì)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(zāi)難和問題。值得慶幸的是，這些試驗在1963年結(jié)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(xué)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?，F(xiàn)在，科學(xué)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(shù)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(xué)家們知道，隕石的碳-14信號不會永遠(yuǎn)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(dǎo)致的碳基污染物排放的增加，它的作用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)提前結(jié)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(jié)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(xué)家。她在英國的倫敦帝國學(xué)院工作。格雷文領(lǐng)導(dǎo)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(jì)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了最初的預(yù)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(yīng)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(biāo)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(xué)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(xué)家。在那里，他利用炸彈曲線來解決一些基本的生物學(xué)問題。例如，碳比率已經(jīng)幫助他確定哪些身體結(jié)構(gòu)（如肌肉）可以自我修復(fù)，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?；旌稀５窃谶^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(qū)動。

 

 

科學(xué)家們實時看到了化石燃料燃燒對他們做好科學(xué)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(shù)可能會使一個當(dāng)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(jì)末，碳-14比率將相當(dāng)于2500年前的水平。‘

 

科學(xué)家們已經(jīng)能夠使用這種技術(shù)非常精確地標(biāo)記歷史上非常短、非常近的時間點的物品。格雷文（Graven）說，科學(xué)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(yuǎn)的未來可以期待的事情。它現(xiàn)在正在發(fā)生。