碳-14

碳-14，14C
基本
符號14C
名稱碳-14、C-14、放射性碳
原子序6
中子數8
CAS号14762-75-5  checkY
核素数据
豐度萬億分之一
半衰期5,730 ± 40 年
原子量14.003241 u
自旋0+
衰變模式
衰变类型衰变能量（MeV）
β衰變0.156476[1]
碳的同位素
完整核素表

碳14（14
C）或放射性碳是碳元素的一種具放射性的同位素，於1940年2月27日由加州大学伯克利分校放射性实验室（现劳伦斯伯克利国家实验室）的馬丁·卡門（英语：Martin Kamen）和薩姆·鲁本（英语：Sam Ruben）首先發現[2]。碳-14原子由宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生。碳-14的原子核由6个质子和8个中子构成，其半衰期約為5,730±40年，衰變方式為β衰變，衰變过程中，碳-14原子轉變為氮-14原子。在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在，其次约1%的碳以碳-13的形式存在，而只有萬億分之一（0.0000000001%）的碳-14存在于大气中。

1940年代，威拉得·利比在美国芝加哥大学利用碳-14的特性发明了放射性碳定年法，并于1960年获得诺贝尔化学奖[3][4][5] 。由于有机材料中含有碳-14，因此根据它可以确定考古学、地质学和水文地质学样本的大致年代，利用放射性碳定年法最大测算不超过6万年，而且没有参照的情况下测算结果誤差较大。

放射性碳定年法

由於碳-14之半衰期達5,730年，且碳是有機物的元素之一，一般可以根據死亡生物體的體內殘餘碳-14成份來推斷其年齡。生物藉由呼吸攝入碳-14，在生物體內含量大致穩定不變，而死去後停止呼吸，此時體內留存的碳-14因衰變開始減少。由於碳-14在自然界的各個碳的同位素中的比例很穩定，因此可以透過測量一件古物的碳-14含量，來估計它的大概年齡。這種方法被稱為放射性碳定年法。

这个方法估计的大气碳-14含量可以通过植物年轮（最多可推算到大约10000年前）或者洞穴沉積物（例如钟乳石，最多可推算到大约45000年前）来推算，根据推算结果对比年轮和洞穴沉積物就可以建立起碳-14的年代变化模型，从而获得其它样本的年龄。

限制

碳-14定年法最大测算时间不能超过6万年，而且所測得的年代有頗大的誤差。而且其假定大氣中的碳-14濃度不會隨時間而改變，也與事實有落差。此外，碳-14測定亦有可能受到諸如火山爆發等自然因素影響，因为在火山喷发时将地下大量气体和物质带到大气中，从而影响碳-14在某区域大气中的含量。所以，若沒有其他年代測定方法（如：利用樹木的年輪）來檢訂，單單依賴碳-14的測年數據並不完全可靠。随着现代工业的高速发展和大量化石燃料的应用，古代深藏地下的碳被排放到大气中并进入生物循环，但是這些化石燃料的碳-14含量非常稀少，因此不會對放射性碳定年法的结果產生干擾。

存在

化石燃料中

大多数人造材料（塑料）由化石燃料，诸如石油或者煤炭制成，其中包含着远古时期的碳-14。然而，石油蕴藏物中通常存有微量的碳-14，但所含的碳-14的量不稳定，误差范围可以从当时有机物中的1％到40000年之间碳-14曾经存在过的最高水平。这表明碳-14的浓度有可能会在自然界当中受到污染，例如细菌、地下放射性物质（例如铀元素的衰变辐射）[6] 或其它的碳-14的二次制造源。现存的碳-14在其碳质原料的同位素特征中有机会受到生物源污染或地质岩层附近环境的放射性污染。

人体中

在人体中，碳元素约占整个身体质量的18%。生物体的每克碳内含有大约500亿个碳-14原子，其中每分钟大约有10个碳-14原子衰变。

参考文献

  1. ^ Waptstra, A.H.; Audi, G.; Thibault, C. AME atomic mass evaluation 2003. [2007-06-03]. （原始内容存档于2008-09-23）. 
  2. ^ An Historical Perspective on the Lab's Legacy: A Year-Long Series in The View: Part Two. www2.lbl.gov. [2019-08-04]. （原始内容存档于2019-08-04）. 
  3. ^ Radiocarbon Dating. American Chemical Society. [2019-08-04]. （原始内容存档于2019-08-04） （英语）. 
  4. ^ UChicago site of radiocarbon dating discovery named historic landmark. University of Chicago News. [2019-08-04]. （原始内容存档于2019-08-04） （英语）. 
  5. ^ The Nobel Prize in Chemistry 1960. NobelPrize.org. [2019-08-04]. （原始内容存档于2018-08-08） （美国英语）. 
  6. ^ Jull, A.J.T.; Barker, D., Donahue, D. J. Carbon-14 Abundances in Uranium Ores and Possible Spontaneous Exotic Emission from U-Series Nuclides. Meteorics. 1985年12月, 20: 676.  引文使用过时参数coauthors (帮助) (abstract)

参考资料

  • Bowman, Sheridan. Interpreting the Past: Radiocarbon Dating. Berkeley: University of California Press. 1990. ISBN 0520070372. 
  • Currie, L. The Remarkable Metrological History of Radiocarbon Dating II (PDF). J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2004, 109: 185–217. （原始内容 (PDF)存档于2011-02-24）. 
  • de Vries, H. L. (1958). "Variation in Concentration of Radiocarbon with Time and Location on Earth", Proceedings Koninlijke Nederlandse Akademie Wetenschappen B, 61: 94-102; and in Researches in Geochemistry, P. H. Abelson (Ed.) (1959) Wiley, New York, p. 180.
  • Friedrich, M.; et al.. The 12,460 Year Hohenheim Oak and Pine Tree─Ring Chronology from Central Europe—a Unique Annual Record for Radiocarbon Calibration and Paleoenvironment Reconstructions. Radiocarbon. 2004, 46: 1111–1122.  引文使用过时参数coauthors (帮助)
  • Gove, H. E. (1999) From Hiroshima to the Iceman. The Development and Applications of Accelerator Mass Spectrometry. Bristol: Institute of Physics Publishing.
  • Kovar, Anton J. Problems in Radiocarbon Dating at Teotihuacan. American Antiquity. 1966, 31: 427–430. doi:10.2307/2694748. 
  • Lerman, J. C.; Mook, W. G.; Vogel, J. C.; de Waard, H. Carbon-14 in Patagonian Tree Rings. Science. 1969, 165 (3898): 1123–1125. PMID 17779805. doi:10.1126/science.165.3898.1123.  引文使用过时参数coauthors (帮助); *Lerman, J. C., Mook, W. G., and Vogel, J. C. (1970) Proc. 12th Nobel Symp.
  • Lorenz, R. D.; Jull, A. J. T.; Lunine, J. I.; Swindle, T. Radiocarbon on Titan. Meteoritics and Planetary Science. 2002, 37: 867–874.  引文使用过时参数coauthors (帮助)
  • Mook, W. G.; van der Plicht, J. Reporting 14C activities and concentrations (PDF). Radiocarbon. 1999, 41: 227–239. （原始内容存档 (PDF)于2012-05-18）.  引文使用过时参数coauthors (帮助)
  • Weart, S. (2004) The Discovery of Global Warming - Uses of Radiocarbon Dating （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
  • Willis, E.H. (1996) Radiocarbon dating in Cambridge: some personal recollections. A Worm's Eye View of the Early Days （页面存档备份，存于互联网档案馆）.

参看

外部連結

  • 黃國恩，《「碳十四測年法」的原理是什麼？》，臺灣臺東：國立臺灣史前文化博物館。


相邻较轻同位素:
碳-13 		碳-14是
碳的同位素 		相邻较重同位素:
碳-15
母同位素：
硼-14
氮-18 		碳-14的
衰變鏈 		衰變產物為
氮-14