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當新聞說2000萬年前的化石樹以及1億年前的螢火蟲琥珀等古物被髮掘出來,這些發現對物種起源與演化的科研工作中,無疑能夠起到巨大的幫助,當然在此之前,科學們也曾發現過大量其他的古生物、古代遺蹟等等,但是在看到這些新聞的時候,大家有沒有過這樣的疑問,那就是科學家是如何鑑定出這些古生物、古代遺蹟所處的年份的呢?

在希臘萊斯博斯島上,工人們在對著一片古老森林附近的道路進行施工工作時,無意間發現了一顆早已石化的古樹。隨即他們就將這棵古樹運了上來,並通知相關的研究人員趕到了這裡,經過鑑定發現這棵古樹的年齡至少有2000萬年,但令人意想不到的是這棵化石樹的樹枝和樹根。在經過2000萬年的時光摧殘後仍然完好無損,根據當地歷史博物館的教授祖羅斯所說,這是自1995年開始挖掘工作以來。首次發現了一個如此完好的化石樹,樹枝和樹根都儲存完整,也就是說實際上,早在1995年,科學家就已經對這片區域開始了挖掘工作,並且早在那個時候就已經測算出了這片古老森林遺蹟所處的年份,對比現在的科學技術來看,在那個時候,我們實際上處在一個比較落後的時代,這樣一來,必然,也給古生物,古遺蹟的年份鑑定製造了一定的困難,那麼當時的科學家又是如何做到的呢?

提到年份測算,很多人第一時間想到的應該就是一種名為碳14鑑定的方法,在這裡我有必要補充下,碳14到底是個怎樣的概念?在我們的自然界,總共存在三種碳的同位素,他們的相對原子質量比例為12:13:14,因此科學家們便分別用碳12、碳13、碳14來命名的這三種碳的同位素,相較於前面兩種同位素來說,碳14算得上是最不合群的一個,這一碳的同位素最早有美國科學家馬丁卡門和同事於1940年發現。其中碳12、碳13都是穩定同位素艘,而只有碳14有半衰期的特徵。

不過話說回來,正是碳14的不合群。才讓他擁有了建立含碳物質年齡的能力,透過科學家們的研究表明碳14的半衰期為5730年,只要植物或動物生存著,他們就會持續不斷的吸收碳14。在機體內保持一定的水平,而當有機體死亡後,他們便會停止對碳14的吸收。這樣一來,其組織內的碳14的含量便會以5730年的半衰期開始衰變,並逐漸消失,因此對於任何含碳物質只要鑑定剩下的放射性碳14的含量,就可以推斷其所處的年代了。

在這裡如果在對碳14鑑定法進行細分的話,又可以分為常規碳14測年法和加速器質譜碳14的測年法兩種。其中常規碳14測年法早在1950年就已經被科學家們應用到了古物年份鑑定上,並且在當時已經發展得非常成熟了,不過成熟歸成熟,這種鑑定方法同時也存在一定的侷限性,也就是必須使用大量的樣品,以及需要較長的測定時間,為了解決這個問題。於是科學家才提出了加速器質譜碳14的測年技術,不僅彌補了常規碳14測年法的兩個短板,而且其測量同位素比值的靈敏度也能達到十的-15次方至十的-16次方,這與常規探測的測年法相比。差距一度達到了5-7個數量級。

看到這裡,相信很多人應該對碳14鑑定法都有了一個更加深入的瞭解,但是在這裡有一點是值得注意到,那就是有機體內的碳14再經過數次半衰以後,其含量就會變得微乎其微,以至於我們還能再檢測到他們的存在,也正是因此碳14測年法的適用年限範圍也就被限制在了5-6萬年以內。看到這裡,大家心裡一個多少都有些疑惑。既然碳14測年法只適用於5-6萬年以內的生物或者遺蹟,那麼剛開始提到的科學家發現了2000萬年的化石樹又是怎麼測出其生存年代的呢?

在這裡我們不妨換一種思路來思考這個問題,既然碳元素可以擁有像碳14這樣的具有半衰期的同位素,那麼其他元素是否也是如此,並且他們的半衰期可能更長,以至於我們可以透過他們測算到更加久遠的年代呢,事實上也的確如此。鈾鉛測年法就是利用的這種原理,鈾鉛測年法涉及2個衰變期,一個是半衰期為44.7億年的鈾238至鉛206衰變系,另一個是半衰期為7.04億年鈾235至鉛207衰變系,因此使用這個方法可以測的時間範圍也就可以達到距近100萬年至45億年前,相較於碳14測年法法來說,鈾鉛測年法能測得的時間範圍也就要大得多了。

然而在這裡你有沒有考慮過這樣一個問題,鈾元素和鉛元素在生物體內幾乎是不可能存在的,那麼這樣一來,我們又是如何使用鈾鉛測年法來測得他們所處的年份呢?鈾鉛測年法雖然無法直接應用到生物本身,但是卻可以運用到他們生存年代的地層上,科學家們正是透過對地層岩石取樣。然後用鈾鉛測年法對其進行年份鑑定,這樣一來我們就可以對他們所處的年代用一個相對準確的判斷。文章開始提到的有關2000萬的年前化石樹的發現以及1億年前的螢火蟲琥珀的發現實際上都是採用了這種方法進行年份犯鑑定的。

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