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碳-14定年法變得更準了

利用碳的同位素(碳-14)的衰變情形為基礎,藉以推測物品的年代,稱為碳-14定年法。但是以碳-14的衰變量去決定物品的年代,需要考慮環境因素對碳-14衰變量造成的誤差。來自日本、德國、英國的研究團隊發現,日本福井縣水月湖(すいげつこ)的底部,累積許多藻類化石和落葉化石,測定其碳-14含量,可得碳-14衰變量與年代的校正曲線,大幅提升碳-14定年法的準確性。
 
 
 
從氣候到考古學,有很多領域都利用碳的同位素,碳-14,的衰變情形為基礎,藉以推測物品的年代,稱為碳-14定年法。但是以碳-14的衰變量去決定物品的年代,需要考慮環境因素對碳-14衰變量造成的誤差。因此,如何得到正確的年代校正曲線,一直是科學家努力的目標。最近,有一批國際團隊裡面包含來自日本、德國、英國的研究學者發現,在日本福井縣著名的三方五湖中的水月湖(すいげつこ)的底部,累積許多藻類化石和落葉化石,測定這些已知年代藻類化石和落葉化石的碳-14含量,可得碳-14衰變量與年代的校正曲線,大幅提升碳-14定年法的準確性。

英國紐卡索大學(Newcastle University)研究湖心的團隊領導者中川武 (Takeshi Nakagawa) 指出水月湖之所以可以成為碳-14年代測定法標準品的取樣地點, 具有以下幾項特色:1. 水月湖從來沒有經歷過冰河時期,整體環境暴露在大氣環境下,湖中收集了鄰近森林、歷經超過五萬年季節變化的枯樹枝。特別是,在水月湖底沉積物岩芯的年代介於在一萬兩千年前到五萬兩千八百年前之間,保存完好的落葉可以直接追溯出當時碳-14的數值,用以當作該年代標準值。2. 因為湖底的沉積物不受水流或水下生物干擾,而且在無氧環境下,生物無法生存,所以湖底化石的沉積層不受外物干擾,並且隨著季節變換,形成具有年周期性的黑白交替層。在平光照射下,落葉化石層是呈現黑色,透過X-ray螢光光譜測定發現裡面含有鎂元素和鐵元素;而矽藻藻類化石不含金屬,呈現白色。化石沉積層呈現顯而易見的黑白交替,而黑、白交替層代表著一年。在偏極光照射下,也呈現暗部區段與亮部區段的交錯。

根據交替層的數目,可以推斷出該層的年代。測量已知年代的樹葉化石或藻類化石之碳-14含量,進而建立新的校正曲線。

根據水月湖底沉積物所建立出來碳-14年代測定法的新校正曲線,可以讓該測定法準確性提高,使重建過去年代有顯著的進步,但是仍然有一些需要改進的部分。英國女皇大學University of Belfast補充,目前研究碳-14定年法校正法的研究,一定要從非大氣的標準品著手,例如:追溯海洋沉積物的年代。然而,海洋比大氣含有較多碳,所以研究人員必須調整海洋含碳材的取樣量,以免降低碳-14定年法準確性。另外,沒有參與此次研究美國加州大學的地理學者John Southon 也提出建議,“這是第一次碳-14校正記錄可以追溯到冰河時期的樣品年代,所以水月湖沉積物碳-14的數據處理會是一個大問題。”此外,水月湖湖底沉積物的年代是介於西元一萬兩千年前到西元五萬兩千八百年前,所以美國猶他大學人類學者 Joan Brenner-Coltrain指出,由於顧慮到以碳同位素測試年代遠於兩萬年以上時方法本身的準確性,造成決定人類史前時代重要的演進時間時有無法解決的爭議。這限制了我們去解答有關歐洲的尼安德特人滅絕,澳大利亞的人類演進,澳大利亞的巨型動物的滅絕以及新世界人類演進等問題的能力。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:陳藹然|國立臺灣大學科學教育發展中心
 

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