而當有機體死亡後,即會停止呼吸碳—14,其組織內的碳—14便以5730年的半衰期開始衰變並逐漸消失。對於任何含碳物質,只要測定剩下的放射性碳—14的含量,就可推斷其年代。
碳—14測年法分為常規碳—14測年法和加速器質譜碳—14測年法兩種。當時,Libby發明的就是常規碳—14測年法,1950年以來,這種方法的技術與應用在全球有了顯著進展,但它的局限性也很明顯,即必須使用大量的樣品和較長的測量時間。於是,加速器質譜碳—14測年技術發展起來了。
加速器質譜碳—14測年法具有明顯的獨特優點。一是樣品用量少,只需1~5毫克樣品就可以了,如一小片織物、骨屑、古陶瓷器表面或氣孔中的微量碳粉都可測量。
而常規碳—14測年法則需1~5克樣品,相差3個數量級。二是靈敏度高,其測量同位素比值的靈敏度可達10-15至10-16。而常規碳—14測年法則與之相差5~7個數量級,三是測量時間短,測量現代碳若要達到1%的精度,只需10~20分鍾,而常規碳—14測年法卻需12~20小時。
正是由於加速器質譜碳—14測年法具有上述優點,自其問世以來,一直為考古學家、古人類學家和地質學家所重視,並得到了廣泛的應用。可以說,對測定50000年以內的文物樣品,加速器質譜碳—14測年法是測定精度最高的一種。
1.碳14是碳的一種具放射性的同位素,於1940年首被發現。它是透過宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生,其半衰期約為5,730年,衰變方式為β衰變,碳14原子轉變為氮原子。
2.由於碳14半衰期達5,730年,且碳是有機物的元素之一,生物在生存的時候,由於需要呼吸,其體內的碳14含量大致不變,生物死去後會停止呼吸,此時體內的碳14開始減少。人們可透過傾測一件古物的碳14含量,來估計它的大概年齡,這種方法稱之為碳定年法。
而斷代原理,就是通過自然界存在三種碳的同位素,它們的重量比例是12:13:14,分別用碳-12(C12);碳-13(C13);碳-14(C14)表示,它們的含量比例是98.9:1.1:10-10。
前二者是穩定同位素,只有碳-14有放射性,亦稱放射性。碳C14放射β粒子後蛻變為N14,半衰期為5730±40年,反應式為:C14→N14+β一。
C14的半衰期只有五千多年而地球存在已有數十億年,自然界卻存在著保持一定水平的放射性碳元素,為使C14的產生和衰變處於平衡狀態,保持一定水平,必然存在著一種源泉。
這個來源就在大氣高空層,在那裡,宇宙射錢中子和大氣氮核作用生成C14。發現這一自然現象並用實驗加以證實的是C14法創始人利比。