论文：遗物的分析研究.doc

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考古测年一、本章内容概要考古学的年代可分为相对年代和绝对年代。相对年代的推定一般利用考古地层学和类型学，绝对年代主要依靠遗存遗物中的“自铭”年代（纪年铭文）和利用自然科学手段测定。1树木年轮断代法（1）树轮断代树木每年春长秋止，并且在树干截面上形成疏密相间的年轮，每年一轮（或二轮），树木截面上的年轮数目就代表该树的年龄。树木的轮距并非均等，它与当时气候条件密切相关。同一气候中同种树木的不同个体，在同一时期内轮距及其形状是一致的。如果一棵活树内层的一段年轮谱同死树的外层年轮谱相似，就说明死树是前一阶段生长的，两者可以衔接起来。死树又可以同更老的死树衔接，依次类推，衔接不同时间段轮距就可建立这一地区的主年轮序列（又称标准轮距序列、树木合成年轮表）（图X1.1）。要说明的是，树木合成年轮表必须是同一气候区内，由同一树种的树木年轮图谱衔接而成。对照树木合成年轮年表，就可以分析考古发现的木头样品的年代。树木年轮的测定也比较简单。首先，采集样品。视情况或采集木材圆盘，或采集木材钻心。接着，用磨光机或砂纸打磨、擦磨样品，使其表面光滑，以便年轮的结构清晰再现。然后，用树轮测年系统进行测量。最后，将所获的年轮图谱与已建立的标准图谱相比较，便可断定其年代。(2)树轮校正曲线14C法的测年并非日历年代，而树轮校正曲线是把14C年代转变为日历年代的重要工具。通过在同一气候中采集同一树种，按照树轮年代的早晚使其前后相接顺序标记，再取树轮木质进行14C测年，就可绘出14C树轮年代的校正曲线（图X1.2）。由于各种原因，树轮校正曲线是一条有许多扭摆波动的不规则曲线。目前已可校正距今10000年以内的14C年代。树轮纪年法精确度很高，甚至误差可到一、二年，但也有一些问题。2碳同位素测年技术（1）碳十四测年法又称放射性碳素断代法(Radiocarbon dating)，一般写作14C。宇宙射线同地球大气发生作用产生了中子，当热中子击中14N发生核反应并与氧作用便产生了地球上的14C。在大气环境中新生14C很快与氧结合成含14C的14CO2，并与原来大气中CO2混合，参加自然界碳的交换循环，所有生物都含有14C，且14C又不断地衰变成14N。由于循环作用，所有的有机体都会通过新陈代谢使其体内的14C浓度与大气中14C的浓度保持动态平衡。一旦生物体死亡，其放射性碳物质与周围环境中的交换就会停止，且其中的14C含量就按照放射性衰变规律逐渐减少，经过5730年减少为原来的一半；衰变过程中放射出粒子（14C14N+）。因此，可以计算出生物与大气停止交换的年代。14C断代法是目前最精确的测年方法，具有许多优点。（1）测量范围广，可测定100050000年内的考古样品。（2）样品易得，凡是含碳的骨头、木质器具、焦炭木或其它无机遗留物均可。（3）对样品要求不严，埋藏条件不要求，取样也很简单。尽管如此，14C断代法仍存在一些问题。（1）测量范围有限，而且样品年龄愈老，愈接近此极限值，测量误差愈大.(2)合适的样品难以采集，要满足纯粹不受污染而且要求一定的重量。(3)必须使用大量的样品，而且测量时间较长。(4)因种种原因，过去大气中的14C放射性水平不稳定、14C粒子衰变本身的波动性，那么用现代统一的C标准测定的年代不能等同于日历，只能是14C年代。（2）加速器质谱碳-14断代方法加速器质谱测年技术（AMSAccelerator Mass Spectrometry）与14C年代法原理相同，都是基于测样中碳十四同位素原子数随时间按指数函数衰变的规律；只是二者的所测物理量和测试技术有别，前者以对碳十四原子计数代替对粒子的计数。AMS是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物，具有一些优点。首先AMS所需样品量少，一般1-5毫克就足够了，甚至20-50g。其次，精确度高，灵敏度可达1015至1016，误差能达到不超过0.3%18年。第三，测定年代扩展到7.5-10万年。第四，测量时间短，一般几十分钟就可测试一个样品。AMS超过14C常规断代法对新石器时代完整年代序列的成就，因其取样少（加速器质谱仪为小样品或含碳量极少的样品）给14C分析带来了新的途径，甚至可以解决其他问题，诸如陶器起源的追溯、人类祖先何时到达美洲、农业起源的时间等问题。AMS的推广目前尚存在一些困难。如造价昂贵，技术要求高。此外，在技术应用方面有本底干扰大之弱点。尽管如此，AMS的发展前景十分看好。（3）碳-14年代数据的校正受地球磁场的作用，大气中14C的浓度是变化的，这样基于其不变的假设进行的14C法就需要进行改正或校正。常规14C法和AMS14C法所测得的样品年代为14C年代，必须经过树轮曲线的校正，才能转换成日历年代。受多种因素制约，单个14C样品的校正值在考古断代中存在较大困难，在14C向日历年代的转化过程中的误差加大。为了使误差减小，国际上使用系列样品的方法来提高14C年代的置信度。系列样品法的14C年代转换通过系列样品曲线拟合转换而成，它依赖14C测量的高精度和校正曲线的高精度。目前，处理系列样品14C年代校正的拟合方法主要有目测法、最小二乘法和贝叶斯方法。 3释光断代（1）热释光技术热释光（Thermoluminescence，简称TL）是一种物理现象。它是晶体受到辐射作用后积蓄起来的能量在加热过程中重新以光的形式释放出来的结果。陶器的原料中一般都含有微量的放射性物质，它们会发射出、射线并轰击陶土中的石英结晶，使其电子被无规则地游离到陶土的晶格结构中。当陶土被加热到380以上时，那些游离出来的石英结晶电子会重归原位并发光（即释放原来贮藏的热释光）。释放完后，陶器晶体继续接受、贮藏大小恒定的固定辐射能，这些辐射能是陶器烧成后开始增加的，可以作为陶器年龄的标志，换句话说，热释光测定的是样品最近一次受热事件以来所经历的时间。通过测定陶瓷器烧成以后的发光量和放射性物质含量，就可以计算出陶瓷器被烧成的年代。热释光测年法的适用范围广，可从5000年到50000年甚至50万年不等，可测从旧石器时代的火烧土、最原始的陶器直到近百年的瓷器。测定对象除了陶器、火烧土外，也可对燧石、黄土、方解石进行测定。热释光测年法尤其对原始文化的年代确定意义重大，特别是没有14C标本或14C标本可疑的遗址，热释光还在文物的真伪签别方面有很大的优势。热释光测年法以标本用量少、速度快（几小时）、跨度大而备受欢迎。但同时，我们要认识到热释光的精确度，在最理想的条件下，热释光测年法能达到5%的相对误差，这样对于2000年以内的样品，其绝对误差可小于100年，有可能比14C法精确；但在2000-8000年范围内，14C法要更为精确。当大于8000年时，14C没有年轮校正曲线，热释光法可与14C法相互补充即证。（2）光释光测年在TL基础上发展而来的光释光(Optical stimulated luminescence简称OSL)技术，自一出现就备受关注。光释光技术适合于各类沉积物年龄（如黄土地层和考古堆积地层的年代）的测定，其测年范围从近百年到几十万年。目前已广泛应用于第四纪沉积物的年龄测定，对有些年龄超过4万年或不含有机碳物质的样品，它更是一种不可替代的测年方法。光释光技术的原理与热释光近似，只不过与热释光技术通过加热的手段不同，光释光是通过外加的光照来激发陷阱中的电子，使其退激发光。光释光测年技术可分为绿光释光（green light stimulated luminescence，缩写为GLSL，用绿光光束作为激发光源，被测矿物主要为石英）和红外释光（infrared stimulated luminescence，缩写为IRSL，用红外线作为激发光源，被测矿物主要为钾长石）测年技术。光释光测年可以成功地测出风积物的年代，但对于水积物却不甚清楚。4其他测年法（1）古地磁学测年法古地磁断代，包括考古地磁断代（Archaeomagnetic dating）和地层沉积磁性断代(Paleomagnetic dating)两种方法。前者是利用某些古物的热剩磁性进行断代，主要用于陶窑、烧炉、灶、砖瓦、陶瓷器的年代测定；后者利用地层沉积磁性随地磁极性倒转而倒转的现象测年，多用于旧石器时代古人类遗址的断代。（2）铀系同位素断代法铀系同位素断代（Uranium-series dating），又称不平衡铀系断代法，是利用样品中铀系、钍系子体放射性的不平衡性测定年代技术的总称。这种方法适合于旧石器时代古遗址的测年，所测年代在0.5-50万年，而且仅限于测定富含碳酸钙的岩石。铀系法所需样品仅几十克碳酸盐或几克动物牙齿、骨化石即可，但实际上理想的样品并不多，而且误差也较大，所以经常与钾氩断代法、裂变径迹法、氨基酸外消旋法等断代方法互相补充。近年来，随着质谱铀系法的发展，其以所需样品少、精度高而代表了铀系测年的方向。（3）钾氩断代法钾氩断代法(Potassium-argon datingK/Ar)，亦属于同位素断代法的一种，是利用矿物中钾40衰变成氩40的原理进行断代的。考古学中用钾氩法测定旧石器时代的遗址年代。近年来，钾氩法得到改进，精度有所提高。（4）电子自旋共振测年法电子自旋共振（Electron spin resonance，简称ESR），又叫电子顺磁共振（Electron paramagnetie resonance，简称EPR）。目前，ESR在地质、生物、医学、考古学中都应用广泛。ESR是电子自旋能级在外磁场的作用下发生塞曼分裂，同时在外加微波能量的激发下电子从低能级向高能级跃迁的共振现象。ESR测年法的基本原理就是直接测定样品自形成以来由于辐射损伤所产生的顺磁中心的数目（即所接受的放射性射线辐照和本身的累积效应）。ESR与其他测年法相比，其优点显而易见。测年范围广，从几千年到几百万年，几乎覆盖了整个第四纪地质年代，主要用于几十万年的范围。测定对象广泛，洞穴的碳酸盐沉积物、软体动物贝壳、珊瑚、古脊椎动物和古人类骨骼、牙齿等都可认为测试样品。测试条件简单，测试信号受周围环境影响小，而且样品可反复使用。是一种非破坏性的分析方法，对样品不存在损伤。但是，ESR测年目前缺乏深入系统的研究，而且主要用于地质方面，还有许多需要完善的地方，对于接近或早于100万年的样品，样品埋藏期间ESR信号的衰退可能会导致ESR年龄偏低。（5）裂变径迹法断代 裂变径迹法断代(Fission-track dating)是利用铀238自发裂变径迹数进行断代的技术。裂变径迹法断代依赖于合适的考古材料（如黑曜岩）或与考古学有关的热事件，被高温烘烤过的矿物颗粒、陶器中的矿物颗粒、人工玻璃等都可作为样品。但是，由于裂变径迹法是基于许多假设之上的，而这些假设常常同实际情况有差别，所以遭到质疑，在实际工作中应与钾氩法互相校对以确定早期人类遗址的年代。（6）黑曜岩水合法断代黑曜岩水合法（Obsidian hydration dating）是利用黑曜岩表面水合层的厚度来推测黑曜岩工具制作年代的技术。由于埋藏环境的温度并非稳定不变，所以这种方法经常限于局部地区的相对年代的测定，最好与碳14、树轮年代法、埃及历等校对，与这些方法比较确定出标准后，再用内插法或外推法得出绝对年代。（7）氨基酸外消旋断代氨基酸外消旋测年(Amino-acid racemization dating)是利用动物死亡氨基酸化学变化速度测定年代的技术。氨基酸外消旋测年范围可从几百万年至几千年，适合测定古老洞穴遗址和海底沉积化石的年代。尽管用氨基酸外消旋法测年的准确度不是很高，但由于其样品易采且测定的年代可以补充其他测年方法在时段上的空白。考古断代方法很多，各有其适用范围和局限性，为了收到较好的效果，最好是多采样，多种方法并用，互相校正、参考，以获得更准确的年代。二、本章的重点和难点1树木年轮断代法树木年轮法是利用树木年轮的生长规律进行断代的技术。先建立某一地区的标准轮距序列，再对照树木合成年轮年表，就可以分析考古发现的木头样品的年代。树木年轮的测定也比较简单。先采集样品，接着打磨、擦磨样品，然后用树轮测年系统进行测量。最后，将所获的年轮图谱与已建立的标准图谱相比较，便可断定其年代。树木年轮法除断代外，还可对14C年代进行校正，即14C树轮年代的校正曲线。2碳同位素测年技术碳十四测年法是利用死亡生物体中碳十四不断衰变的规律进行断代的。14C断代法是目前最精确的测年方法，具有许多优点。尽管如此，14C断代法仍存在一些问题。（2）加速器质谱碳-14断代方法AMS是对常规碳十四技术的改进，其所需样品量少，精确度高，测量时间短，测年范围可扩展到7.5-10万年。受种种因素的局限，碳十四测年总是存在或多或少的误差，得出的年代为14C年代，需要进行改正或校正，一般必须经过树轮曲线的校正。受多种因素制约，单个14C样品的校正值在考古断代中存在较大困难。为了使误差减小，国际上使用系列样品的方法来提高14C年代的置信度。 3释光断代热释光技术是利用绝缘结晶固体的热释光现象进行断代的技术。其测年范围广，从5000年到50000年甚至50万年不等，测定对象包括陶器、火烧土、燧石、黄土、方解石。热释光测年法尤其对原始文化的年代确定意义重大，热释光还在文物的真伪签别方面有很大的优势。在TL基础上发展而来的光释光技术，是通过外加的光照来激发陷阱中的电子，使其退激发光。光释光技术适合于各类沉积物年龄（如黄土地层和考古堆积地层的年代）的测定，其测年范围从近百年到几十万年。目前已广泛应用于第四纪沉积物的年龄测定。4其他测年法古地磁学测年法包括考古地磁断代和地层沉积磁性断代两种方法。前者是利用某些古物的热剩磁性进行断代，主要用于陶窑、烧炉、灶、砖瓦、陶瓷器的年代测定；后者利用地层沉积磁性随地磁极性倒转而倒转的现象测年，多用于旧石器时代古人类遗址的断代。铀系同位素断代是利用样品中铀系、钍系子体放射性的不平衡性测定年代技术的总称。这种方法适合于旧石器时代古遗址的测年，所测年代在0.5-50万年，而且仅限于测定富含碳酸钙的岩石。钾氩断代法是利用矿物中钾40衰变成氩40的原理进行断代的。考古学中用钾氩法测定旧石器时代的遗址年代。ESR测年法的基本原理就是直接测定样品自形成以来由于辐射损伤所产生的顺磁中心的数目。其测年范围广从几千年到几百万年，测定对象广泛包括洞穴的碳酸盐沉积物、软体动物贝壳、珊瑚、古脊椎动物和古人类骨骼、牙齿等。裂变径迹法断代是利用铀238自发裂变径迹数进行断代的技术。裂变径迹法断代可以测定被高温烘烤过的矿物颗粒、陶器中的矿物颗粒、人工玻璃等黑曜岩水合法是利用黑曜岩表面水合层的厚度来推测黑曜岩工具制作年代的技术，限于局部地区的相对年代的测定。氨基酸外消旋断代是利用动物死亡氨基酸化学变化速度测定年代的技术。氨基酸外消旋测年范围可从几百万年至几千年，适合测定古老洞穴遗址和海底沉积化石的年代。考古断代方法很多，各有其适用范围和局限性，为了收到较好的效果，最好是多采样，多种方法并用，互相校正、参考，以获得更准确的年代。三、本章小结树木年轮法是利用树木年轮的生长规律进行断代的技术。树木年轮法除断代外，还可对14C年代进行校正。碳同位素测年技术是目前最精确的测年方法，它是利用死亡生物体中碳十四不断衰变的规律进行断代的。AMS是对常规碳十四技术的改进，其所需样品量少，精确度高，测量时间短，测年范围可扩展到7.5-10万年。受种种因素的局限，碳十四测年一般必须经过树轮曲线的校正。单个14C样品的校正值在考古断代中存在较大困难，系列样品的方法的校正提高了14C年代的置信度。 释光断代分为热释光技术和光释光技术，是利用绝缘结晶固体的释光现象进行断代的技术。前者测年范围广，从5000年到50000年甚至50万年不等，测定对象包括陶器、火烧土、燧石、黄土、方解石。后者目前已广泛应用于第四纪沉积物的年龄测定。除以上测年法外，还有古地磁学测年法、铀系同位素断代、钾氩断代法、ESR测年法、裂变径迹法断代、黑曜岩水合法、氨基酸外消旋断代技术等。考古断代方法很多，各有其适用范围和局限性，最好是多采样，多种方法并用，互相校正。四、本章中重要的名词、概念1树木年轮法2树轮校正曲线3碳十四测年法4AMS5. 系列样品6. 热释光断代技术7. 光释光断代技术8. ESR9. 铀系断代法氖芝忻几局稚阳列釜茎屠圾