放射测年法是一种探测某一物品年代最权威的方法。其中包括碳年代测定法,尽管我们也可以使用其他元素来测定。
一般来说,无论你要尝试测定年代的物品是什么,当探测到的放射性物质越少,说明这件物品的年代就越古老。然而并不是任何物品都能可以通过这一方法进行年代测定。比如某一材质的手工艺品。如果你想探知一个古人制造的陶罐。使用放射测年法,探测出粘土的年龄是不可能的。因为这种方法并不能探测出,这件陶器何时被塑型并被烧制。那么我们就无法探知陶器的年代,什么时间被人类陶造了嘛?事实上,我们是可以的。只需要把这些古老的陶器重新进行加热。
某些矿物质具有一种称为“热释光”的特殊性质。当你将这些矿物质加热到足够的温度时。他们会放射出电磁辐射,尤其是可见光。计量它们释放出的光量。就能推算出他们距离上一次被加热的时间。这正是我们想去知道的。一些古代的工匠制作了他们的陶罐,以及其他一些瓷器。
这一发现起源于17世纪中叶。直到二十世纪五十年代。才有技术将其应用于史前文物的年代测定。当其他的考古证据可能因为不够明确或保存不够完好派不上用场时,这种方法确可以很好地发挥作用。这一技术曾被用于测定世界上最古老的城市文化之一的“印度河谷文明”挖掘出土的手工艺品文物。
它的原理如下,所有矿物质,包括像粘土这样的材料。原子排列成呈某种图形的结晶结构或晶格。但是该结构存在瑕疵或缺陷。就是关键。矿物在其一生中都暴露在辐射中,可能来自矿物本身的放射性物质,也可能来自它埋藏的土壤。其中一些辐射具有很大的能量,如果它击中了矿物的一个原子,就会使矿物的一个电子松动。有时辐射实际上是一个全新电子聚集的组合。无论怎样,这些电子最终都会被困在矿物的不完美晶格中,被称为电子陷阱。随着时间的流逝,越来越多的被俘获电子积累起来,直到晶格被充满。不同的陷阱具有不同的深度,这意味着它可能更容易或者更难让困在其中的电子获取足够的能量逃逸。那么他们怎么会松动呢?显然,加热它们是一种相当可行的方法,让整块矿物吸收到足够的热量。当一位古代的陶匠把它们放入窑炉里,所有被困的电子都会逃逸,并且会以光的形式释放所有多余的能量。通常,这些矿物有一个已经在计时的秒表。诸多被困住的电子,加热矿物将其数量归零。被陶造的数千年后,电子陷阱开始再次被充满。时钟再次开始滴答计时。要读出这些数据,科学家只需将其加热即可。
事实并非那么简单,这只是一个基本的原理。我们可以探测一个陶罐的年代,即使制作它所使用的粘土出自一个久远的年代,加热时释放出光的量标志着陶罐前一次加热距离现在的时间。当然,这其中有一个不容忽视的问题。陶器在烧制后到在实验室进行年代探测时之间的时段,有也可能被加热过。就像,有一件传家宝。在数百年传承中,可能经历过一场火灾。你就不能准确的探测出它的真实年代。也可能是在你发现陶罐地点周围的辐射在过去的某一时刻,以某种意想不到的方式发生了重大变化。你还可以考虑其他影响你测量的光量的因素。例如,电子也可以通过吸收来自太空的宇宙射线的能量而被捕获,宇宙射线可以穿透到地面几十米深处。因此你必须知道,当时它被埋在多深的地方,假设在发掘现场有足够多的样本可以使用。尽你所能,对样本进行探测。可将一片折断并粉碎成一堆单独的样本。将其中一些样本稳定地加热到400-500摄氏度。测量被困电子复位时,他们发放出了多少光量。对其他一些样本,你可以加热他们以重置时钟。然后将他们暴露于人工辐射源。这样一来你就可以弄清楚电子被困住的几率。你会进一步算出被困住的电子的总数。以及它们随着时间积累的速度。然后基本上就是做一个除法。
当然,热释光不仅仅适用于陶器。你可以在古代壁炉的一部分砖块或土壤上使用到它。甚至是与人类无关的东西,例如流星撞击地点。或是火山岩,因为它可以使大约20万年前的材料老化。晶体结构只能存储那么多被俘获的电子。所以比这更老的岩石都会释放出相同量的光。假如他们是同一类型。因此在这一点上,我们必须寻求其他的探测方法。但是,这真是太酷了,我们知道了怎么去推算出几千年前一批古代陶匠烧制他们艺术品的时间,只需将它们重新加热释放出光来。
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