放射性碳測年法 Radiocarbon Dating

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1 放射性碳測年法 Radiocarbon Dating

2 組員:黃紹軒(4A140004) 郭建甫(4A140044) 黃培瑋(4A140042) 陳佳銘(4A140027) 洪至承(4A140032) 黃柏恩(4A140007) 李亞璇(4A140039) 戴君佩(4A152039)

3 目錄 放射性碳定年法基本介紹 放射性碳定年法的起源 何謂放射性碳定年法 放射性碳定年法原理 放射性碳定年法常用材料 放射性碳定年法限制
威拉得．利比(Willard Libby)簡介 放射性碳定年法基本介紹 放射性碳定年法的起源 何謂放射性碳定年法 放射性碳定年法原理 放射性碳定年法常用材料 放射性碳定年法限制 影響放射性碳定年法之狀況 放射性碳定年法與樹木年輪的關係 放射性碳定年法應用 參考資料

4 威拉得．利比(Willard Libby)簡介
威拉得•法蘭克•利比（Willard Frank Libby，1908年12月17日－1980年9月8日）是一位美國物理化學家，最知名的成就是在1949年發展出放射性碳定年法。 1960年，利比獲頒諾貝爾化學獎，以表揚他帶領其研究團（博士後研究員 James Arnold 和畢業生 Ernie Anderson　）發展出碳-14定年法

5 放射性碳定年法基本介紹 要說明碳-14計年法這個技術，要從「同位素」與「半衰期」講起。原子是由質子、中子、電子三者組成，質子與中子構成原子核，與質子數目相同的電子則在原子核外環繞。不同元素的原子核中有不同數目的質子與中子，而質子的數目就決定了原子的種類。比如說，有6個質子的原子就是碳原子。每個元素根據它質子數目的多少，在週期表上有不同的排序。

6 放射性碳定年法基本介紹-同位素 如果兩個原子的質子數目相同，但中子數目不同的話，它們在周期表上是同一個位置的，就叫「同位素」。
有放射性的同位素叫「放射性同位素」，而沒有放射性的同位 素叫作「穩定同位素」，所以，並不是所有同位素都有 放射性。 放射性同位素將放射質點或能量逐漸釋出就變成沒有放射性了，這個過程叫「衰變」。

7 放射性碳定年法基本介紹-半衰期 科學上用「半衰期」來表示衰變的快慢。所謂半衰期，就是放射性物質衰變到其放射性大小只有當初一半強度所需要的時間。 半衰期公式 N(t)=N0e^(-λt)

8 放射性碳定年法起源 由科學家阿諾(Arnold)與利貝(Libby)發現。 西元1949年－利用已知年代的考古物證明碳14定年的可行性。
碳14定年法在定年方面的實用性及優越性早已為學者所肯定。

9 何謂放射性碳定年法 放射性碳定年法，又稱碳測年。
是利用自然存在的C-14同位素的放射性定年法，用以確定原先存活的動物和植物的年齡的一種方法，可測定早至五萬年前含碳有機物質的年代。對於考古學與晚第四紀地質研究來講，這是一個準確的定年法技術。

10 碳以同位素混合物形式存在於大氣和所有生命組織中（在組織存活時期混合物的比例為恆定）。碳有兩個穩定同位素：C-12和C-13。

11 碳-14是放射性的，它的形成是由於宇宙射線撞擊在地球大氣層中氮的隨機反應。當宇宙射線進入大氣層，它們經過數重轉化，包括中子的形成。這些中子撞擊氮-14原子會有以下的反應：

12 由於植物攝取C進行光合作用，會吸大氣中的C，而在大氣中這些C也有C-14進行反應。

13 C-14的衰變過程

14 放射性碳定年法原理 放射性元素（母元素）會衰變成新的元素（子元素） ，當母元素的數量衰變至剩下一半所需的時間，稱為半衰期。
只要偵測礦物或岩石中子元素和母元素含量的比值，便可決定礦物或岩石形成的年代。

15 子元素和母元素在半衰期的比例 子元素 母元素 放射性元素會蛻變成穩定的元素。 母元素蛻變後含量會逐漸減少，其含量變為原來的一半。
母元素的量為總量的(½)n。 母元素 子元素

16 放射性碳定年法常用的材料 母元素/子元素 半衰期(年) 適用材料 鈾238/鉛206 45.1億年 鋯石 鈾235/鉛207 7.1億年
鉀40/氬40 13億年 火成岩、變質岩 銣87/鍶87 488億年 碳14/氮14 5730年 毛皮、木炭

17 放射性碳定年法使用限制 經過10次左右的半衰期之後，母元素的殘存數量將非常稀少而變得無法準確測量。
必須是封閉的：母元素與子元素須全部留在原來的物質中而不能部分散失，以免影響母元素與子元素的相對含量。 必須要有足夠的母元素才能進行測量。 例如:有機物的鈾含量非常少，就不適合鈾-鉛同位素 定年法。

18 影響放射性碳定年法之狀況 自然界大氣中的碳-14 濃度會隨時變動，在加上其他人為因素都會影響碳-14的濃度，例如:火山爆發；還有人類活動造成的改變，像是大量使用礦物燃料或是在美蘇冷戰中，進行大量核子試爆，使大氣中放射性碳增高，名為核彈高峰。 還有其他許多的因素，所以科學家也發現了其他許多的現代定年方法。如:鈾鉛錠年法、鈾釷定年法……等等。

19 樹木年輪和碳定年 樹木年輪學是基於樹木成長時樹木的年輪也在增加這一現象，故名樹木年輪測定。樹木年輪學家通過分析和比較樹木和年老的木頭的年輪樣式測定過去的環境中的事件和變化。他們可以判斷各樹木年輪形成的準確歷年。 樹木年輪測定結果在放射性碳定年的初期起到了重要作用。樹木年輪提供了檢查C-14定年方法的準確性所需要的年齡已知的材料。根據樹輪的碳定年收集的結果確認放射性碳年齡和日曆年齡之間的差異。樹輪根據樹木年輪學測定。

20 放射性碳校準 陸地樣本而言，目前所通用的校準年代係透過現生與化石樹木之樹輪測定而校準的。對於海洋樣本而言，由於洋流作用之關係，14C的含量平衡速率較慢，因此校準年代遠較陸地樣本困難。現今海洋樣本的校正曲線係透過已知年代的現生與化石珊瑚測定而成，另外在不同的地方另需要考慮洋流作用與區域環境的額外影響

21 樹輪的放射性碳校正 原則上，通過比較某含碳樣品的放射性碳含量和一個已知日曆年齡的年輪的放射性碳含量，就可以很容易確定樣品的年齡。如果樣品的放射性碳含量和樹輪的一樣，則可以有把握地得出它們的年齡相同的結論。 由於許多因素，樹輪校正沒有那麼簡單。其中最重要的是，對樹木年輪和樣品進行的測量結果的精確度有限，因此得到的是一個估計的歷年範圍。

22 放射性碳定年法應用 放射性碳定年法可以用在許多不同的物品上，可以用來鑑定畫、人骨、獸骨，甚至是磚塊等不同種類的年代，下面將會為各位舉幾個例子。

23 人狗好感情 四萬年前就開始了 狗在約1.6萬年前的後冰河時期和狼分家，並逐漸被已有農業活動的人類馴化。然而新的研究將狼狗分家的時間往前推至2.7萬至4萬年前，根據在《當代生物學》期刊發表的最新研究，研究員以放射性碳定年法分析一小塊泰米爾狼下顎骨，發現這塊下顎骨在西伯利亞北部泰梅爾半島被意外發現，年代可追溯至3.5萬年前。

24 殮葬理查三世 喪禮遲了530年 2012年萊斯特大學考古學家在修道院遺址，今萊斯特一處停車場標示「R」（reserved，保留車位）的停車格下挖出一具脊椎彎曲、頭顱有8處刀傷的骸骨，經放射性碳定年法確認骸骨屬1455到1540年間，並與理查三世姊姊第17代孫、加拿大木匠伊布森DNA比對，證實為理查三世的骸骨無誤。 

25 陝西藍田出土「中華第一磚」 根據《華商報》報導，2009年至2010年，陝西省考古研究院人員對藍田縣新街遺址進行搶救性發掘，意外發現仰紹文化晚期燒結磚殘塊5件，未曾燒過的土坯磚殘塊1件。另外，還發現龍山文化早期燒結磚殘塊1件。 專家提取碳屑樣品，送交中國科學院地球環境研究所西安加速器質譜中心（AMS）測定，加速器質譜（AMS）是一種現代化的放射性碳定年法，根據測定結果，專家可以認定仰紹文化晚期的5件燒結磚塊年代應在西元前3500年至西元前3000年。

26 台大放射性定年技術 解開神秘金字塔疑團 台灣大學地質科學系沈川洲教授參加跨國團隊，花了3年時間利用台大尖端的鈾釷定年技術，解開太平洋島國密克羅西尼亞 (Micronesia) 世界唯一的珊瑚金字塔建造年代之謎，並重建歷史傳說！研究成果受到美國科學發展協會的特別報導，還登上國際期刊《科學前緣》（Science Advances）。

27 參考資料