碳-14
碳14（14
C）或放射性碳是碳元素的一種具放射性的同位素，於1940年2月27日由加州大學伯克利分校放射性實驗室（現勞倫斯伯克利國家實驗室）的馬丁·卡門,薩姆·魯本和廖承祐首先發現[2]。碳-14原子由宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生。碳-14的原子核由6個質子和8個中子構成，其半衰期約為5,730±40年，衰變方式為β衰變，衰變過程中，碳-14原子轉變為氮-14原子。在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在，其次約1%的碳以碳-13的形式存在，而只有萬億分之一（0.0000000001%）的碳-14存在於大氣中。
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| 基本 | |
|---|---|
| 符號 | 14C |
| 名稱 | 碳-14、C-14、放射性碳 |
| 原子序 | 6 |
| 中子數 | 8 |
| CAS號 | 14762-75-5  |
| 核素數據 | |
| 豐度 | 萬億分之一 |
| 半衰期 | 5,730 ± 40 年 |
| 原子量 | 14.003241 u |
| 自旋 | 0+ |
| 衰變模式 | |
| 衰變類型 | 衰變能量（MeV） |
| β衰變 | 0.156476[1] |
| 碳的同位素 完整核素表 | |
1940年代，威拉得·利比在美國芝加哥大學利用碳-14的特性發明了放射性碳定年法，並於1960年獲得諾貝爾化學獎[3][4][5] 。由於有機材料中含有碳-14，因此根據它可以確定考古學、地質學和水文地質學樣本的大致年代，利用放射性碳定年法最大測算不超過6萬年，而且沒有參照的情況下測算結果誤差較大。
放射性碳定年法
由於碳-14之半衰期達5,730年，且碳是有機物的元素之一，一般可以根據死亡生物體的體內殘餘碳-14成份來推斷其年齡。生物藉由呼吸攝入碳-14，在生物體內含量大致穩定不變，而死去後停止呼吸，此時體內留存的碳-14因衰變開始減少。由於碳-14在自然界的各個碳的同位素中的比例很穩定，因此可以透過測量一件古物的碳-14含量，來估計它的大概年齡。這種方法被稱為放射性碳定年法。
這個方法估計的大氣碳-14含量可以通過植物年輪（最多可推算到大約10000年前）或者洞穴沉積物（例如鐘乳石，最多可推算到大約45000年前）來推算，根據推算結果對比年輪和洞穴沉積物就可以建立起碳-14的年代變化模型，從而獲得其它樣本的年齡。
限制
碳-14定年法最大測算時間不能超過6萬年，而且所測得的年代有頗大的誤差。而且其假定大氣中的碳-14濃度不會隨時間而改變，也與事實有落差。此外，碳-14測定亦有可能受到諸如火山爆發等自然因素影響，因為在火山噴發時將地下大量氣體和物質帶到大氣中，從而影響碳-14在某區域大氣中的含量。所以，若沒有其他年代測定方法（如：利用樹木的年輪）來檢訂，單單依賴碳-14的測年數據並不完全可靠。隨着現代工業的高速發展和大量化石燃料的應用，古代深藏地下的碳被排放到大氣中並進入生物循環，但是這些化石燃料的碳-14含量非常稀少，因此不會對放射性碳定年法的結果產生干擾。
存在
化石燃料中
大多數人造材料（塑料）由化石燃料，諸如石油或者煤炭製成，其中包含着遠古時期的碳-14。然而，石油蘊藏物中通常存有微量的碳-14，但所含的碳-14的量不穩定，誤差範圍可以從當時有機物中的1％到40000年之間碳-14曾經存在過的最高水平。這表明碳-14的濃度有可能會在自然界當中受到污染，例如細菌、地下放射性物質（例如鈾元素的衰變輻射）[6] 或其它的碳-14的二次製造源。現存的碳-14在其碳質原料的同位素特徵中有機會受到生物源污染或地質岩層附近環境的放射性污染。
人體中
在人體中，碳元素約佔整個身體質量的18%。生物體的每克碳內含有大約500億個碳-14原子，其中每分鐘大約有10個碳-14原子衰變。
參考文獻
- ^ Waptstra, A.H.; Audi, G.; Thibault, C. AME atomic mass evaluation 2003. [2007-06-03]. （原始內容存檔於2008-09-23）.
- ^ An Historical Perspective on the Lab's Legacy: A Year-Long Series in The View: Part Two. www2.lbl.gov. [2019-08-04]. （原始內容存檔於2019-08-04）.
- ^ Radiocarbon Dating. American Chemical Society. [2019-08-04]. （原始內容存檔於2019-08-04） （英語）.
- ^ UChicago site of radiocarbon dating discovery named historic landmark. University of Chicago News. [2019-08-04]. （原始內容存檔於2019-08-04） （英語）.
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 1960. NobelPrize.org. [2019-08-04]. （原始內容存檔於2018-08-08） （美國英語）.
- ^ Jull, A.J.T.; Barker, D., Donahue, D. J. Carbon-14 Abundances in Uranium Ores and Possible Spontaneous Exotic Emission from U-Series Nuclides. Meteorics. 1985年12月, 20: 676. (abstract)
參考資料
- Bowman, Sheridan. Interpreting the Past: Radiocarbon Dating. Berkeley: University of California Press. 1990. ISBN 0520070372.
- Currie, L. The Remarkable Metrological History of Radiocarbon Dating II (PDF). J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2004, 109: 185–217. （原始內容 (PDF)存檔於2011-02-24）.
- de Vries, H. L. (1958). "Variation in Concentration of Radiocarbon with Time and Location on Earth", Proceedings Koninlijke Nederlandse Akademie Wetenschappen B, 61: 94-102; and in Researches in Geochemistry, P. H. Abelson (Ed.) (1959) Wiley, New York, p. 180.
- Friedrich, M.; et al.. The 12,460 Year Hohenheim Oak and Pine Tree─Ring Chronology from Central Europe—a Unique Annual Record for Radiocarbon Calibration and Paleoenvironment Reconstructions. Radiocarbon. 2004, 46: 1111–1122.
- Gove, H. E. (1999) From Hiroshima to the Iceman. The Development and Applications of Accelerator Mass Spectrometry. Bristol: Institute of Physics Publishing.
- Kovar, Anton J. Problems in Radiocarbon Dating at Teotihuacan. American Antiquity. 1966, 31: 427–430. doi:10.2307/2694748.
- Lerman, J. C.; Mook, W. G.; Vogel, J. C.; de Waard, H. Carbon-14 in Patagonian Tree Rings. Science. 1969, 165 (3898): 1123–1125. PMID 17779805. doi:10.1126/science.165.3898.1123. ; *Lerman, J. C., Mook, W. G., and Vogel, J. C. (1970) Proc. 12th Nobel Symp.
- Lorenz, R. D.; Jull, A. J. T.; Lunine, J. I.; Swindle, T. Radiocarbon on Titan. Meteoritics and Planetary Science. 2002, 37: 867–874.
- Mook, W. G.; van der Plicht, J. Reporting 14C activities and concentrations (PDF). Radiocarbon. 1999, 41: 227–239. （原始內容存檔 (PDF)於2012-05-18）.
- Weart, S. (2004) The Discovery of Global Warming - Uses of Radiocarbon Dating （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
- Willis, E.H. (1996) Radiocarbon dating in Cambridge: some personal recollections. A Worm's Eye View of the Early Days （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
參看
外部連結
- 黃國恩，《「碳十四測年法」的原理是什麼？》，臺灣臺東：國立臺灣史前文化博物館。
| 相鄰較輕同位素: 碳-13 |
碳-14是 碳的同位素 |
相鄰較重同位素: 碳-15 |
| 母同位素： 硼-14 氮-18 |
碳-14的 衰變鏈 |
衰變產物為 氮-14 |