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2023-05-04碳排放的增加 如何影響碳十四定年法? 641 期

Author 作者 李紅春/臺灣大學地質科學系教授、臺灣大學理學院貴儀中心加速器碳十四定年實驗室主持人。

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• 國際期刊上出現一篇文章表示因人類大量燃燒化石燃料,利用放射性同位素「14C」半衰期的碳十四定年法將受到限制。
• 核爆試驗提升了大氣二氧化碳中14C/12C 比值,不過在1970 年代就已經解決這個問題對碳定年的影響。
• 碳排放使14C/12C 降低,增加最近生成材料的碳年齡,不過目前已有方法校正,也能透過其他方法辨別出正確的年代。

自工業革命以來,人類大量地利用化石燃料,造成大氣二氧化碳(CO2)濃度不斷攀升。過去十年間一直有學者提出CO2 的排放會對碳十四定年造成影響,《自然》(Nature)期刊也在去(2022)年7 月21 日刊登了一篇書簡(correspondence)形式的短篇文章〈放射性碳定年:回到過去〉(Radiocarbon dating: going back in time),評論碳排放對碳十四定年的影響。文章簡短地表述:「考古學的放射性碳定年是根據14C 隨時間的衰減,因此最近形成的材料14C 含量低,可能會錯誤地顯示這些材料很古老,而在法醫或偽造文物的鑑定上將不再容易辨識出新形成的材料。」隨後,《自然》期刊的新聞記者瓊斯(Nicola Jones)引用了這篇書簡,在同年7 月27 日發表了題為〈由於化石燃料排放的增加,碳定年法受到限制〉(Carbon dating hampered by rising fossil-fuel emissions)的文章,使得前述短篇文章在《自然》期刊上獲得更大篇幅的版面,也引起了更加廣泛的關注。那麼碳排放究竟如何影響碳十四定年呢?筆者在此做一些簡單介紹。

應用最廣的定年手段—碳十四定年法

首先,什麼是碳十四定年法?它有哪些重要的用途?碳十四定年法是利用物體中的放射性同位素素「14C」隨時間衰減推算物體年代的方法,在1949 年由美國化學家利比(Willard Libby)建立,他也因建立此方法而獲得1960 年的諾貝爾化學獎。

在自然界,碳(carbon, C)有三個長期存在的同位素:12C( 占98.9 %),13C( 占1.1 %)和14C(14C/12C 比值約10-12),其中12C 和13C 是穩定同位素,不會隨時間衰減。14C 則是放射性同位素,半衰期為5730 年,即每過5730 年,物體中的14C 會減少到原來量的一半。自然界的14C 絕大多數來自於14N(n, p) 14C,是由宇宙射線中子轟擊大氣層中的氮所產生的核反應生成。在大氣中進行的核試驗也會產生14C,也就是我們所稱的核爆14C(核爆碳)。……【更多內容請閱讀科學月刊第641期】