科学家们是怎样推断化石形成的地质年代的?

2025-03-07 03:00:48

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回答1：

回答2：

科学家一般使用碳14放射性测定年代

科学家发现，一棵对、一片草叶、一只蜜蜂，以及人体中的一点肝脏、一片指甲，在6*10的12次方个碳原子中一定有一个是碳-14原子。这种原子每分钟能放出16个β粒子，自己则转变成碳的其他同位素。假如生物（植物或动物）活着，碳-14原子则衰变多少就能补充多少，总保持一定的数量。假如有人砍倒了一棵树，这棵树互了，就不会再补充不断减少的碳-14了。可是，原来的碳-174原子还在继续衰变。要知道，从活树上碳-14原子每分钟放射6个β粒子，逐渐地“衰变”，到只能每分钟放射8个β粒子，经历这样一个“半衰期”，需要5730年。因此，几千年后人们发现了这棵被砍倒的树，锯下一块木头，将它加热变成炭，从中取出1克，用放射性探测器测出它每分钟能放射β粒子个数，经过计算，就会确知这棵树究竟是什么时候被砍倒的。

另：
碳-14法
radiocarbon method
根据碳 -14（14C）的β-衰变产生的自然衰减建立的计时方法。又称放射性碳法。地球上天然14C主要是在大气圈上层（12～16千米）高空中以近于恒定的速率产生，此后通过大气循环、水圈循环、植物光合作用、生物体新陈代谢和海洋交换等过程，以大致恒定的数量均匀地分布于大气圈、水圈、生物圈中所有参与交换的含碳物质中，含碳物质一旦停止了与外界的交换，14C就因放射性衰变而呈指数减少：a＝a0e-λt ，式中a为含碳样品中14C的放射性比活度（指单位质量物质中的放射性活度），a0为处于交换状态中碳的放射性比活度，λ为14C的衰变常数，t为样品的年龄。14C年龄测定基于下列前提：①14C在所有交换储集库中分布均匀，现代碳的放射性比活度是一常数，不随地理位置和物质种类而变化。②若干万年以来，大气CO2的放射性比活度不随时间而变化。③样品在停止了14C交换以后保持封闭。14C法测定的年龄一般为5万年左右，最大限度不超过7万年。因此，凡是几万年以前的含碳物质均可作为14C法样品。例如动植物的残骸、含同生有机质的沉积物和土壤、生物碳酸盐（贝壳、珊瑚）、无机碳酸盐、含碳的古代文物等。14C 法主要应用于第四纪地质史、古地理、古气候、海洋和考古研究等方面。

回答3：

岩石或化石生成后距今的实际年数，主要是通过测定放射性元素的衰变量而计算出来的。放射性元素以自己恒定的速度进行衰变，不受外界温度和压力的影响。在一定时间内，放射性元素蜕变的份量和生成的元素具有一的比例。例如，1克238铀经45亿年就有一半衰变了，只剩下0.5克铀，同时产生0.433克206铅。也就是说，238铀的半衰是45亿年。因此，如果测定含铀的化石中剩下的238铀和206铅的含量的比，就可以计算出该化石的绝对年龄。目前，常用放射性碳（14C）来测定化石的年龄，因为化石中往往含有碳。

运用放射性碳之所以能测定化石年龄，是因为大气受到来自外层空间的宇宙射线的冲击，会产生中子。这些中子和大气里的氮原子作用，会生成14C。14C与氧结合生成二氧化碳，二氧化碳又被生物同化，转变成生物体内的成分。这种14C又要陆续衰变成普通的氮原子。生活期间的生物体内，14C的含量一般只能保持不变的，但是，一旦死亡，和外界的物质交换停止了，就只会按照衰变规律减少。14C的半衰期是5700年。因此，根据含碳化石标本里14C的减少程度，就可以计算出该生物死亡的年代。

近年来，除应用放射性元素外，还应用古地磁法来测定化石年龄。

氨基酸——化石年龄的新测法
本刊曾经两次介绍过「年龄的故事」（注一），对地球及地球上各种古物的年龄之推算原理、算法等都详尽的讨论过。惟其所介绍的方法都是用纯物理化学的同位素法，如利用C14及H3之蜕变来测定等。现在发现尚有一种生物化学的方法，亦可以作为考证古物化石年龄的参考。

化学物质的原子互相结合时，因为排列的位置不同，可以产生不同的立体异构物。生物的基本构成单元如醣类。氨基酸与核酸，就不乏这种立体异构物。我们首先来看看氨基酸的构造：它是由碳、氢、氧及氮等所构成，其通式为，由此式我们知道，和碳素结合的原子或者分子都不相同，故可以有不同的立体异构物。为了简化起见，生化学家曾以甘油醛为标准先定出两种基本系列的氨基酸，即和右甘油醛（D－Glyceraldehyde）相像的为右系氨基酸，和左甘油醛（L－Glyceraldehyde）相像的为左系氨基酸。这裏所谓的左系或右系乃是理论的构造式，和氨基酸实际上右旋抑或左旋根本无关。但妙就妙在自从这种标准定了以后，在生物体内所发现的氨基酸多是左系的，而右系的却非常之少，就动物来说，几乎是等於零的。不过用人工合成的氨基酸溶液，因其机率均等，通常造成左右两种构造物浓度相等的溶液。这种氨基酸通常称为左右氨基酸或消旋物（Racemate）。生物体内的氨基酸成分经碱性加热反应时，便会立刻由纯左系的变成左右混合之消旋物。用酸水分解时，因为化石内的消旋反应为温度与时间的函数，所以其消旋反应在通常的情形下也就来的要比较慢一些了。假定地球上的温度变异不大，只要把化石中氨基酸的左、右异构物之比值（D／L）测量一下，即可推算化石的年龄，如果用化石的碳同位素C14法测定了年龄后，也可以由D／L比值来推算化石所经历的温度变化情形。目前，在考古上用得最多的是天门冬氨酸（aspartic acid），它在构成动物廿种蛋白质成分的氨酸中，是消旋反应最快的一种，在常温20℃时，它在头骨之collagen中的半衰期约为两万年，而以左异白氨酸（L-isoleucine）为最慢，半衰期往往长达十万年之久。氨基丙酸（alanine）和麦氨酸（glutamic acid）等位於此二者之间。如果要和C14比较时，它们的半衰期都比C14的五千二百年长的多，故对於比较古老的化石年龄计算，很有用。

现在我们就来谈分析的方法，如所周知，效果最好而又十分方便的仪器便是自动氨基酸分析仪（automatic amino-acid analyzor）。特别在考古工作上，因为像左异白氨酸和它的立体异构物右异白氨酸（D-allo-isoleucine）可以直接由自动氨基酸分析仪分开。所以实际的操作步骤，只要用盐酸水解化石，然后再以液体层析法（Liquid chromatography）将异白氨酸纯化，打入自动分析仪即可。其他种类的氨基酸的立体异构物，不能直接分析，必须先合成一种立体异构物的衍生物（diastereomeric derivative），然后才能用自动氨基酸分析仪分开。现在就以天门冬氨酸为例：可
以直接注入自动氨基酸分析仪分析。例如化学合成的天门冬氨酸（DL-form）、在现代骨骼中的抽取物及由埃及出土的古物UCLA 1695（注三），便可用这种方法分析（如图）。如以碳C14法测定UCLA1695测得其年龄应为17550±1000年，若用D／L法，（D／L＝0.316）便可测得其年龄应在15000年左右，这两种方法的差异竟有一两千年之多，症结是因后者假定地球表面温度变异不大，事实上古代的温度可能较低。

由此可知，这方法可以配合同位素法共同测量古物的年龄，其优点在於所用的样品为数不多，只要5到10克的化石就可以分析了，分析氨基酸立体异构物自然尚有其他方法，如巴斯德（L.Pasteur）早就用微生物来区别其左右异构物了，现在更有很多人用（enzyme）来分析，只是这些方法，处理起来较为繁复罢了。

注一：科学月刊四卷九期及四卷十二期（六十二年）。

注二：可自Cyclo Chemical Co.获得。

注三：本文参考：Science 1973, 182：479.Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1973, 70：1331.

回答4：

只大致了解一点点……
根据化石中的碳十四的含量来判断，含量越少，年代越久远。

回答5：

碳-14测定

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