无论是在博物馆、考古遗址介绍,还是考古新闻里,我们经常会看到这样的表述:" 距今 3000 年 "" 距今 10000" 年。


很多人都会产生一个疑问,那假如到了明年,这个 " 距今 3000 年 " 是不是要更新一下,变成 " 距今 3001 年 "?再不济每隔 10 年总得更新一下吧,变成 " 距今 3010 年 "?
其实,这个问题并不能一概而论,并不是所有文物的 " 距今 " 都按今天来计算。对于一些采用碳 -14 测年法测定年代的文物来说," 距今 "(BP,Before Present)中的 " 今 " 指的是 1950 年 1 月 1 日。这里的 " 距今 " 不是距 " 今天 "" 今年 ",而是距 1950 年。
1950 年 1 月 1 日到底有什么特殊的?为什么偏偏选定了这个时间?
其实,选定这个年份和考古学里一种非常常用的年代测定方法有关,这个测定方法就是碳 -14 测年法。
什么是碳 -14 测年法?
要搞清楚碳 -14 测年法是怎样工作的,我们要先从碳 -14 到底是个啥说起。
在初中化学里,我们都学过,碳是组成生命有机体最重要的元素之一。而且如果你还没有把知识完全还给老师,可能还记得,碳原子的相对原子质量是 12。
但实际上,碳还有相对原子质量是 13 和 14 的同位素。
如果忘记了这些专业词汇也没关系,简单地说,自然界中的碳原子有两类,一类几乎不会发生变化(碳 -12 和碳 -13),另一类就是会发生放射性衰变的碳 -14。
而正是这个差别,让碳 -14 测年法可以发挥作用。
自然界里的生物在进行各种生命活动的时候,并不区分吸收进来的碳元素到底是碳 -12 还是碳 -14。
比如,植物光合作用的时候,会 " 一视同仁 " 地把大气中的二氧化碳转化成有机碳,而动物吃植物的时候,也不会区分里面是不是用放射性碳 -14。
所以,只要生物是活着的,体内的碳 -14 丰度和大气中的碳 -14 丰度基本是持平的。但是当生物死后,不再从外界获取碳 -14 了,体内的碳 -14 因为发生放射性衰变,丰度会逐渐减少。
只要知道死去的生物体内碳 -14 比环境中的碳 -14 减少了多少,就可以推测出它死去了多少时间。
最早提出这个想法的,是一位名叫威拉德 · 利比(Willard Libby)的科学家,他从 20 世纪 40 年代开始从事相关的研究。
在 1949 年,利比在《科学》期刊上发表了自己的研究,用这种方法测定了几个已知文物的年限,证实了这种方法是非常可靠的,后来利比还因为这个发现获得了 1960 年的诺贝尔化学奖。

那碳 -14 测年法具体是怎样发挥作用的呢?
我们举个例子,来看一看。碳 -14 的半衰期是 5730 ± 40 年,也就是说每隔 5730 年(上下有 40 年的误差),就会有一半的碳 -14 发生衰变。
假如人们发现,一副动物的骨架里面碳 -14 的丰度只有大气中的一半,那么就可以推测,这个动物已经死亡了约 5730 年。
如果骨架里的碳 -14 丰度只有大气中的四分之一了,那死亡时间大概就是 2 倍的半衰期,也就是大约 11460 年。
通过这样的方式,人们就可以相对准确地进行年代测定了。
为什么是 1950 年?
当然了,想让碳 -14 测年法发挥作用,有一个重要的前提——大气中的碳 -14 丰度在很长一段时间里是相对稳定的。
在 1950 年以前,大气中的碳 -14 丰度基本能满足这个要求。虽然后来更精确的研究发现 1950 年以前大气中的碳 -14 并非完全固定不变,但依然可以通过一些方法(比如数轮校正曲线)进行校正。
但到了 1950 年,情况发生变化了。因为人类的活动,大气中的碳 -14 丰度开始被 " 搅乱 ",变得很不可靠。

这主要有两个原因。
第一个原因是人类开采燃烧了大量的化石燃料。这些化石燃料燃烧之后释放了大量的二氧化碳进入大气中。
因为化石燃料已经在地里埋藏了上千万年的时间,里面的碳 -14 早就衰减殆尽了,所以它们释放出的二氧化碳大大稀释了大气中的碳 -14 丰度。
另外,在 1950 年之后的一段时间里,人类核试验的规模越来越大。核爆过程中,大量的中子被释放到大气中,它们和大气中的氮 -14 相互作用,产生了大量的碳 -14,这些因为核爆人为制造的碳 -14 也严重干扰了大气中原本的碳 -14 丰度。
所以,在 1950 年之后,大气中的碳 -14 丰度已经不再是 " 原始状态 " 了,已经不能再作为参照基准了。
于是,考古界达成了一个共识,将 1950 年 1 月 1 日作为 " 距今 " 的锚点。
需要说明的是,并不是所有标注 " 距今 " 的文物都采用 1950 年作为时间基准。只有采用放射性碳 -14 测年法,并以 BP(Before Present)表示年代时," 距今 " 的 " 今 " 才按照国际约定固定为 1950 年;其他年代标注则可能依据不同的测年方法或历史纪年方式。
碳 -14 测年法并非万能
如果你认真看到了这里,可能会有一个疑问,碳 -14 测年法似乎只对生物有效,那瓷器、青铜之类的非生物怎么办?
没错,碳 -14 测年法主要对曾经 " 活过 " 的文物有效,比如木头、皮革、骨骼、丝绸等等。
但对于非生物,比如陶瓷、或者是青铜器,碳 -14 测年法是无效的。所以,对于这些文物,需要用其他的方法来辅助判断。

1
热释光测年法
这种测年方法对陶瓷里的矿物晶体很有效。
石英、长石之类陶瓷制品中常见的成分,它们的晶体中存在晶格缺陷。在土壤环境中会吸收自然辐射,使电子发生移动。而在移动的过程中,电子可能会掉入这些晶格缺陷中,无法逃脱。时间越长,掉进 " 缺陷 " 里的电子就越多。
但当人为烧制陶器的时候,晶格缺陷中逃不出来的电子会一下子获得能量,全都 " 逃离 " 出来,晶格里的电子就被 " 清零 " 了。
当它们烧制完成之后,电子又会慢慢进入晶格缺陷里,通过统计晶格里面 " 困住 " 的电子,就可以知道它们存在了多少时间了(对于这种方法,标注的 " 距今 " 并没有统一的标准,所以它们有可能指的是到测量时候的时间,或者也可能会直接标注年份或者某某时期,某某朝代)。

2
间接判断
对于青铜器这样既不能用碳 -14 测年法也不能用热释光法的文物来说,也有测定办法。
这些物品如果曾经被用来盛放过食物,或者是表面残留着有机物燃烧之后残留的灰烬,可以用碳 -14 测年法测定这些有机物的年代,从而间接推断出它们所处的时代。
再或者,如果它们是某个墓葬里面的陪葬用品,可以直接用碳 -14 测年法测定墓主人所在的时间,推测出整个墓葬里物品的年代。

3
超长年代的测定
其实,即便是针对有机物本身,碳 -14 测年法也不是万能的。
比如,对于几百万年前的生物,碳 -14 测年法也无法发挥作用。因为碳 -14 的丰度本身就很低,在经过 10 次左右的衰减之后(也就是大约 5 万年的时间),生物遗骸里残留的碳 -14 就太少了,几乎测不出来。
所以超过 5 万年的文物,需要用别的测年法,比如钾 - 氩测年法、或者铀系测年法。
除了距今
直接写历史年代也很常见
当然了,对于时间尺度以几千年、几万年、甚至几十万年计的文物来说,距今的 " 今 " 定在 1950 年还是 2026 年,其实差别并不大。
但假如有一个清朝末年的文物,比如 1890 年制作的木椅子,这个 " 今 " 定到哪一年差别就很大了。如果距离 2026 年,它有 136 年的历史,但如果是距离 1950 年,就只有 60 年的历史了。
其实,如果对于这种年份比较明确的文物,历史学家也可以直接把朝代或者是具体的年份标注出来。
比如直接标注:清朝(1636 — 1912 年),或者更具体地标注:清朝光绪十六年(1890 年)就比标注距今 60 年要好很多。

很多科学概念,看似违背直觉,却往往有着严谨的科学依据。" 距今 " 里的 " 今 " 为什么不是今天,而是 1950 年,就是其中一个典型例子。理解了这个约定,当我们再次看到 " 距今 3000 年 "" 距今 10000 年 " 这样的年代标注时,看到的不仅是一件件文物,更是一套帮助人类丈量历史、追溯文明的科学方法。
参考文献
[ 1 ] https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/radiocarbon-dating.html
[ 2 ] Arnold, J. R., & Libby, W. F. ( 1949 ) . Age determinations by radiocarbon content: checks with samples of known age. Science, 110 ( 2869 ) , 678-680.
[ 3 ] WW/T 0042 — 2012 《碳十四年代测定考古样品采集规范》
[ 4 ] 刘有延 , & 罗荫权 . ( 2006 ) . 热释光方法在古陶瓷鉴定中的应用 . 物理 , 35 ( 05 ) , 438-442.
[ 5 ] GB/T30234 — 2013《文物展品标牌》
策划制作
作者丨小玮 科普创作者
审核丨刘瑞 中国社会科学院考古研究所考古学理论研究室研究员 中国考古学会秦汉考古专业委员会副秘书长
策划丨王梦如
责编丨王梦如
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