人类的碳排放是如何扰乱考古学的

大多数关于人类碳排放的讨论都围绕着温室效应和气候变化的影响。你知道碳排放还有其他影响吗？有些人甚至可能熟悉海洋酸化。例如，二氧化碳浓度的增加会使更多的气体溶解并增加海洋的酸度。而且考古学家进行研究的方式也可能因此而被*。

一种常用的确定有机物质年代的方法是根据环境中碳的不同类型(同位素)来测定。它允许对至少有100年 历史 、最高可达5万年的有机物质进行年代测定。你可能已经知道了它就是碳定年法或碳14定年法。由于我们每年在大气中排放9.000.000.000吨碳，导致不同碳同位素的自然平衡被扭曲，进而影响了这种碳年代测定方法的准确性。

下面我将概述碳年代测定法的原理，我们的碳排放对考古学的影响



原子有质子、中子和电子构成。由于元素的类型是由质子的数量决定的，所以同一元素的不同原子之间可以存在不同的种类，这些种类被称为同位素。例如，碳有6个质子，原子的平均重量是12.0107。就平均而言，核中还有6个中子。也可能含有更多的中子，例如7或8个。核心中有7个中子的同位素仍然是稳定的，但是有8个中子的碳原子就具有放射性，会发生衰变。这个原子的重量为14 (8个中子+ 6个质子)，因此被称为 14C (C-14)。这14C的半衰期为5700 (+- 30)年，意味着50%的14C将在大约5.700年内衰变为氮（14N）。

因为14C是一种不稳定的同位素，所以在自然界中不会大量的存在。然而，在9至15公里高度的大气中，宇宙辐射与现有的氮原子相互作用，将14N持续转变为14C。再加上14c持续衰变回到14N，这样就会导致14C浓度与稳定12C浓度之间的自然平衡。每万亿12C原子大约有一个14C原子。

与碳14的衰变速率相比，大气中的气体粒子反应得速度相对较快。因此，如果一个重量为14的碳原子与一个氧原子反应生成二氧化碳，然后被一个有机体吸收，那么我们就可以假设这个有机体体内的14C和12C的平衡与大气中的一样。在有机体的整个生命周期中，它们都在与环境交换碳，其平衡就几乎等同于大气的平衡。

当有机体死亡时，它就停止与环境交换碳原子。只有14C的衰变还在继续发生。假设你在地下深处发现了一块未知年代的木头。你可以测量碳14原子的放射性辐射。如果你发现这种辐射只有大气中14C浓度的一半，那么你就可以推断这块木头已经有5.700年的 历史 了。请注意，你测量的年龄是有机体停止与环境交换碳的年龄!所以这也是有机体死亡的时间。

纵观 历史 ，许多活动影响了14C的平衡。例如，在地球磁场较弱或太阳活动增强的时期，更多的宇宙辐射可以到达大气层，更多的N14可以转化为14C，这可能导致对碳年龄的过高或过低测定。举个例子说明一下:假如宇宙射线是原来的两倍，14C的浓度也是原来的两倍。在这个时期死亡的树，其放射性活动与5。700年后正常情况下死亡的树相同。正因为如此，由于宇宙活动的波动，这棵树被测量的年龄要比实际年龄小5.700岁。在大气中14C浓度较低的时期，情况也正好相反。

为了解决这个问题，人们创建了曲线来修正这些波动。他们设法获得了已知年龄的物质（如年轮）的精确14c浓度，并构建了校准图。

如果恒定浓度的14c存在于大气中，我们预计的直线为45度，预计碳年龄与测得的碳年龄相同。突然减少14C浓度会导致校准曲线变平。

我们通常燃烧的化石燃料，是碳排放的主要部分，实际上也是有机化合物。当我们以二氧化碳的形式释放这些碳原子时，我们会强力稀释14C的浓度。在过去的50年里，我们的二氧化碳排放量增加了近30%(从1960年的320ppm增加到2018年的410ppm)。这将导致校准曲线变平和碳衰变日期的不确定性。

怎样理解这一点呢？当生物体死亡时，14C浓度因衰变而下降。但是当大气中的14C浓度也下降时，就很难分辨出生物体何时停止与环境交换14C。如果14C的下降速度和衰变速度一样快，甚至不可能确定它何时停止与环境交换碳。

希瑟·D·格雷文(Heather D.Graven)对这一问题的专门研究确定，如果按照这一速度，2050年有机物质将出现1.000年的 历史 ，相当于每年30年的老化速度。因此，在大气中，14C下降的速度比仅仅是衰变起作用时的速度要快

同样有趣的是，人类活动也从另一个方向影响了这一现象。由于核弹和核试验，生成了更多的类似于宇宙射线的能量。根据文献记载，大气中14C的浓度在1950年到1960年间几乎翻了一番。但是由于碳循环有很大的下沉量，这个峰值在几十年后下降了，

尽管碳年代测定法非常受欢迎，但它并不是测定物质年代的唯一方法。还有许多其他同位素可以用于测量物质，并非所有的年代测定技术都需要同位素。但是在目前的趋势下，当测量这个时代的物体时，碳年代测定似乎已经表现得不准确。幸运的是，我们生活在一个充满信息的 社会 里，至少对未来的考古学家来说，还有其他方法可以确定某样东西的年龄。

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