北京
本文转自：人民日报
碳十四测年——
破译文物的“时间密码”
陈相龙
年代是理解考古与历史问题的根基。在众多年代学研究方法中，碳十四测年技术的精度最高，能够对距今约5.5万年以内含碳样品进行精确定年。碳十四测年技术的发明与推广，为构建史前年代框架与历史时序提供了关键科学支撑，也使学者得以摆脱单纯依赖地层学与类型学重建考古学文化史的局限，把更多精力投入全面复原古代社会的深度研究。考古学由此迈入了全新的发展阶段。
碳十四测年技术由芝加哥大学的威拉德·利比教授发明。1949年，利比教授成功对古埃及法老棺木、古赫梯王国房屋地板等遗存进行了年代测定。这被视作碳十四测年技术发明的标志，利比教授也因此荣获了1960年诺贝尔化学奖。碳十四测年技术的迅速推广产出了大量关键数据，重塑了欧洲史前史。
中国也紧随其后。1955年，时任中国科学院考古研究所副所长的夏鼐撰文系统介绍了碳十四测年技术，并于1959年引进核物理专家仇士华、蔡莲珍筹建碳十四测年实验室。历经6年时间，中国首家碳十四测年实验室于1965年冬建成。此后，在仇士华等人的帮助下，中国科学院地质研究所、北京大学等多家单位陆续建成碳十四测年实验室。
碳十四是怎么给文物“算年龄”的呢？碳元素有好几种“兄弟”，最常见的是碳十二和碳十三，物理性质稳定，不会随时间变化；而碳十四是个“急性子”，自带放射性，每隔5730年就要衰变掉一半。高空中的氮十四被宇宙射线中的热中子撞一下，就会“变身”为碳十四，然后迅速和氧气结合，形成含碳十四的二氧化碳，通过大气循环遍布全球。植物通过光合作用“吸”进这些二氧化碳，动物吃了植物，人吃了动物或植物，碳十四就这样进入所有生物的身体。甚至钟乳石、石笋、古建筑的白灰面，都能“抓住”大气中的碳十四。大气圈和生物圈的碳十四，不断衰变的同时又不断得到补充，其比值保持相对恒定。可生物一旦死亡，就“断供”了——其体内的碳十四不再获得新的补给，却仍在按固定速度持续衰变、越来越少。考古学家只需测出遗存里剩下的碳十四含量，和生物体存活时的初始值一比，就能精确算出它死了多少年。
碳十四测年技术发明之初，科学家只能靠检测样品每分钟的“衰变次数”来推算，效率低、需要的样品量大。到上世纪70年代末，加速器质谱技术成功运用，科学家不用再等碳十四衰变，而是直接检测样品里还剩多少碳十四原子。目前，这项技术已成为“标配”，检测效率大幅提升，所需样品量从克级降至毫克甚至微克级，即便是半粒炭化稻米也可以实现精确定年。
从人类起源、农业起源到文明起源，碳十四测年技术均发挥了关键作用。
东亚地区作为人类起源研究的关键区域，在探究现代人起源问题上具有重要地位。对相关遗址人骨与动物骨骼样本开展的碳十四测年，为研究提供了关键数据。研究结果表明，东亚地区现代人起源的过程比预想的更为复杂，即使是早期现代人，也可能经历了两个或者更多波次的传播。
农业起源是人类从采集渔猎向农业生产转变的关键节点，这一过程涉及农作物的驯化、栽培技术的出现以及与之相关的聚落形态和社会组织的变革，准确的年代框架是理解这些复杂过程的基础。通过对考古出土水稻、粟、黍等炭化谷物及伴出遗存的碳十四测年，可以确定，距今1万年前长江下游与冀北山地已经出现了定居与半定居的生活方式，与之相伴的有稻米、粟与黍这些早期栽培作物。人骨碳十四测年显示，大约距今7800年至7500年，西辽河流域兴隆洼文化先民食物结构中，粟与黍这类农作物的比重已可达70%左右，这为论证旱作农业社会初步确立提供了关键证据。
碳十四测年赋予考古遗存精准的时间坐标，为考古研究注入了可量化的科学基因。随着测量精度的提升、样品需求量的减少以及校正方法的优化，其应用将愈发广泛深入。未来，碳十四将继续为破解人类历史未知谜团提供更多可靠支撑。
（作者单位：中国社会科学院考古研究所）
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