考古學家在臺東縣長濱鄉發現了「長濱文化遺址」

據推測該文化遺址出現於舊石器晚期的年代

距今大約兩萬至兩萬五千年

你有想過考古學家是如何從考古現場發現的魚骨或鹿骨

得知出土文物大約是哪個年代的嗎？

科學上常用「放射性元素定年法」來估計物品的大概年齡

那麼考古學家究竟是如何推斷的呢？

這一切都要從半生期談起

讓我們一起深入瞭解半生期與放射性定年法的應用吧

之前在介紹零級化學反應時曾經談過

零級化學反應為等速率的化學反應

因此在反應的過程中

半生期會愈來愈短

而一級化學反應的反應速率則會與反應物濃度呈正比

也就是說

隨著反應物濃度愈來愈低

反應速率也會愈來愈慢

但半生期則是固定不變的

那什麼是「半生期」呢？

半生期又稱為半衰期

是指物質經過化學反應或放射性衰變後

其濃度或數量變為初始值一半所需的時間

半生期可以用來判定物質反應或衰變的能力

常用於表示放射性元素衰變的快慢

表列為常見放射性元素的半生期

其中最熟悉的是C-14

其半生期為5730年

也就是說

每經過5730年

C-14的含量就會變為原本的一半

當經過兩個5730年時

C-14的含量則會變為原本的四分之一

放射性衰變雖然不屬於典型的化學反應

但因為其顯現的行為與一級化學反應相同

所以我們常用一級反應

來解釋放射性物質衰變在定年法上的應用

那什麼是「放射性衰變」呢？

放射性衰變是指不穩定的原子核

自發地藉由輻射來釋放能量的一個過程

這種衰變會導致原子核由原來的母核元素

轉換成較為穩定的子核元素

不過在討論考古學家

是如何使用C-14的衰變來定出古生物的年份前

我們要先認識地球上C-14的來源

在自然界中

大約99%的碳都是C-12

並存在非常微量的C-14

C-14來自於高空大氣中

是由宇宙射線中的高能中子

與大氣中穩定的氮同位素發生碰撞而產生

但也有極少部份的C-14是直接來自宇宙射線

這些在大氣層高空形成的C-14原子

不可能長久單獨存在

它們很快就會氧化成二氧化碳

並和大氣均勻混合

並進行自然界中碳的交換循環活動

植物經由光合作用吸收空氣中的二氧化碳

而動物又以植物為生

因此動、植物組織中的碳

都是直接或間接來自於大氣的二氧化碳

除了生物圈外

C-14也會隨著二氧化碳溶於水

進而散布於地球的水圈中

經由生物殘骸掩埋與水中碳酸鹽類的沉澱

含C-14的沉積物就會進入地層

生物活著的時候

會藉著生理作用與大氣直接或間接不斷地進行碳交換

因此衰變掉的C-14可獲得補充

進而達到平衡

然而當生物死亡後

生理作用停止

不再與大氣進行碳的交換

生物遺骸便會形成一個封閉的系統

而遺骸中的C-14就會隨時間增加而逐漸減少

利用這一點

我們以未受污染之「標準品」中的C-14濃度作為標準

與待測樣本中殘餘的C-14濃度相互比較

就可以推算出待測樣本

與大氣C-14停止交換後所經過的年代

接著我們來看看C-14定年法中一個著名的例子

「杜林裹屍布」

杜林裹屍布是一塊印有男性臉部面容

以及全身正反兩面痕跡的麻布

長度約4.4公尺、寬度約1.1公尺

目前保存在義大利杜林主教座堂的

薩伏伊王室皇家禮拜堂內

傳說這是當時包裹耶穌屍體的麻布

科學家藉由C-14定年法對這塊裹屍布進行測試

鑑定結果顯示

布料的年代介於1260至1390年

不過仍然有許多人對這項鑑定結果保有疑慮

認為鑑定過程會因外在因素的干擾而影響準確度

目前為止

杜林裹屍布的實際年代仍無定論

有研究認為這塊麻布或許是場騙局

但也有科學家利用採下的布塊纖維樣本

進行化學與機械測試

發現裹屍布年代應在公元一世紀左右

與耶穌的年代相符

經過前面的觀念說明

我們知道放射性元素衰變與一級化學反應的模式相同

請一起思考一下

如果有位考古學家在測量某個文化遺址的古文物時

發現該文物的C-14殘留濃度是現今標準品的八分之一

請試著推算看看該文物存在距今多少年的歷史？

（C-14之半生期為5730年）

讓我們回顧一下這支影片的學習內容

半生期又稱為半衰期

是指物質經過化學反應或放射性元素衰變

其濃度或數量變為初始值一半所需的時間

半生期可以用來判定物質反應或衰變的能力

常用於表示放射性元素衰變的快慢

「放射性元素C-14定年法」

是以「標準品」中C-14濃度作為標準

與待測樣本中殘餘的C-14濃度相比較

再帶入C-14的半生期計算

即可推算樣本的年代

同學們

這一個單元

你是否都學會了呢？

歡迎在影片下方留言區告訴我們你的心得

我們下次見