防灾科技学院新构造年代学实验室于2012年在中国地震局及学院有关领导的支持下和中央级普通高校修购专项资金项目大力资助下开始筹备建设,新构造年代学实验室目前已基本完成对下属碳十四(14C)、释光(OSL/TL)两个实验室大型仪器设备的採购及运行环境的建设。
防灾科技学院碳十四测年实验室是新构造年代学实验室的重要单元,为防灾科技学院“十二五”期间重点建设实验室。光释光实验室占地面积150m,可为《地貌学与第四纪地质学》《地震地质学》等课程开始年代学测年实验,并可服务于大学生科技创项目和教学科研项目。
放射性碳定年的领头人
美国物理化学家 Willard Libby在后二战时代领导一支科学家团队开发了一种测量放射性碳活性的方法。他被认为是第一位说明生命物质中可能存在名为放射性碳或碳14的不稳定碳同位素的科学家。Libby先生和他的科学家团队发表了一份档案,对有机样品中首次发现放射性碳的情况进行了概述。利比先生还是第一位测量放射性衰变率,并且把5568年± 30年作为半衰期的科学家。1960年,Libby先生被授予诺贝尔化学奖,以此承认他在开发放射性碳定年中做出的努力。
测年原理
放射性碳或碳14是碳元素的不稳定和弱放射性的同位素。稳定同位素是碳12和碳13。碳14由于受到宇宙射线中子对氮14原子的作用,不断地形成于大气上层。它在空气中迅速氧化,形成二氧化碳并进入全球碳循环。动植物在它们的一生中都从二氧化碳中吸收碳14。当它们死亡后,就停止与生物圈的碳交换,其碳14含量开始减少,减少的速度由放射性衰变决定。放射性碳定年本质上是一种用来测量剩余放射能的方法。通过了解样品中残留的碳14含量,就可以知道有机物死亡的年龄。但必须指出的是,放射性碳定年结果表明的是有机物死亡的时间,而不是源自该有机物的材料的使用时间。
测量放射性碳的主要方法
有三种主要技术用于测量任何给定样品的碳14含量:气体正比计数、液体闪烁计数和加速器质谱。
气体正比计数是一种计算给定样品发射的β粒子的传统放射性定年技术。β粒子是放射性碳衰变的产物。在此方法中,碳样品首先转换成二氧化碳气体,然后在气体正比计数器上进行测量。
液体闪烁计数是另一种放射性碳定年技术,曾经在20世纪60年代流行。在此方法中,样品为液体形式,并添加了闪烁体。当闪烁体与一个β粒子相互作用时会产生闪光。一个装有样品的小瓶在两个光电倍增管之间通过。只有当两个设备都记录下闪光,才能产生一个计数。
加速器质谱(AMS)是一种现代化的放射性碳定年法,被认为是衡量样品的放射性碳含量更为有效的方法。在此方法中,直接测量碳14与碳12和碳13的相对含量。该方法不计算β粒子,而是计算样品中存在的碳原子数量以及同位素的比例。
防灾科技学院新构造年代学实验室碳十四测年採用的是加速器质谱定年法。
测年範围
样品C年代是测定样品的C活动性与现代碳标準的C活动性的比值计算出来的,适用于测量距今300年至5万年含碳物质年龄,测量精度为1~2%,误差一般为50~200年。
测年对象:
原则上凡是距今约5万年以来含有同生碳(即与沉积层同时生成的有机和无机碳)的物质都可以作为C测年的样品,如木炭、泥炭、有机质淤泥、土壤、动物骨骼、贝壳、珊瑚礁、泉华、湖相碳酸盐沉积物、等等。
多年的实践表明,对于C测年:
1.最适宜的样品:植物果实、种子;木头、木炭;泥炭、淤泥、古土壤、骨头、贝壳、珊瑚
2.可作测年样品:钙质结核、钙板、苏打和天然硷等无机碳酸盐沉积物;地下水、海水和空气含有的C;
3.可作试验性测年的样品:孢粉;海洋、湖泊、三角洲等环境下形成的有机质;河流、沖洪积等环境下形成的有机质。
4.在实践中应注意事项:
避免採集经过再搬运、再堆积的样品;
避免採集受到现代植物根系“现代碳”和煤、变质页岩、泥岩、石灰岩等“死碳”等明显污染的样品;
在採集钻孔样品时,由于钻机转动时,有可能扰动岩芯,把上部或下部地层带到所採集样品岩芯处,应利用一些简单的工具如小刀在野外将沾附于样品表面的污物清除掉。
採集好的样品无需避光,用塑封袋、铝箔等包装即可,需要注意不要使用纸,布等材料包装。
碳十四测年样品採样要求及样品量
样品採集量与样品含碳量有关,下表中列出各类样品的样品量可供参考,野外样品採集量应大于表中数值,在可能的条件下应儘可能多地採集。由于採集样品量不够要求的样品的情况下,在实验室中用“本底苯”补充合成的样品苯,将降低年代测定的精度。