如何通过树木的年轮来测年龄：如何测定万物的年龄

一说起测年法，大家基本上都会想到碳-14测年法，这个测年法其实只用于年龄小于五万年的地质学和考古学定年研究。如果要测地球年龄，火山岩就没有办法了。

今天，我们就来好好地扫一下盲，盘点一下都有哪些常用的测年法，它们的原理是什么？都用在什么场景下。

说起同位素，其实是指质子数相同、中子数不同的同一种元素的不同原子。比如：碳-12，碳-14或者铀235、铀238等。

在这些同位素里，有一些特别稳定，碳-12就是这方面的杰出典范。有一些特别不稳定，它们的一生就围绕着一个目标：变得稳定。具体的方式就是：以固定不变的速度失去中子或质子，直到稳定为止。这个过程就被叫做衰变。

衰变的过程完全不受外界的影响，这样的特性就非常符合测算时间的需求。于是由此孕育出了多种同位素的测年法。

放射性衰变对应之地质年代的数学表达式是：D = D0 N(eλt − 1)

其中，t表检体之年代，D是指检体中子核素的原子数量。D0是指最早成分中子核素的原子数量。N是指检体中母核素的原子数量。λ是指表母核素的衰变常数，等于母核素放射性半衰期的倒数乘以自然对数2。

不过并不是说我们知道了同位素的原理，就可以随便拿一个同位素来计时。同样是同位素，其实差别还是很大的，尤其是应用场景，这完全是取决于它们自身的半衰期。

通常情况下，测量时间跨度非常大的，动辄上亿年的要用得是铀铅测年法。

稍微短一点的，用到的是钾氩测年法，然后才是碳-14测年法。

铀铅测年法

我们先来说说铀铅测年法，这个办法的原理其实就是铀的衰变。一般来说，1克的铀-238经过一年后，有1/7400000000克的铀会衰变为铅和氦。经过44.7亿年以后，1克的铀-238里会有1/2克发生衰变，铀-238衰变至铅-206的半衰期是44.7亿年。

具体要进行测量方法是选一块含铀的岩石，测出铀和铅的含量，就可以通过计算得出年龄。

这个办法比较适合距今100万~45亿年之间的被测物，精度在0.1%~1%范围内。

在1956年，科学家克莱尔·帕特森改进铀铅测年法，发明铅铅测年法，并通过测定陨石中铅的同位素的含量，他计算出地球年龄为45.5±0.7亿年。

钾氩测年法

如果测量火山岩的年代时，科学家比较常用的手段是：钾氩测年法。原理是钾-40衰变为氩-40。道理其实和铀铅测年法很像。

一般来说，火山喷发的时候，岩浆里是含有一定的钾-40的。因为氩的沸点特别低，在高温的状态下就会完全挥发掉。

图片来源：维基百科

也就是说，冷却之后的岩石中一开始是不含氩的，但随着钾-40的衰变为氩-40，这些氩-40其实是会被困在岩石中的，所以只要知道钾-40和氩-40在岩石中的比例就能算出火山岩的年代。在分析“几万岁”到“几十万岁之间的岩石时，钾氩测年法是非常可靠的手段。

碳-14测年法

如果要测量5万年以下的有机物（不是指所有的都可以，一些含碳无机物也行）， 通常采用的就是碳-14测年法。碳-14特别不稳定，它的主要是由于宇宙射线和撞击氮-14才合成出来的。所以在空气中碳-12和碳-14的比例其实是固定的， 在地球上有99%的碳是碳-12，有大约1%的碳是碳-13，只有兆分之一（0.0000000001%）是碳-14。

植物光合作用会吸收碳，这其中就会含有碳-14和碳-12，一些动物会吃植物和呼吸作用也会有碳-14进入体内。它们死后，因为不会再有碳-14进入体内，而体内的碳-14会发生衰变，也就说，只要能检测出碳-14的剩余量，就可以知道它们死于什么时候。

不过碳-14测年法也有局限性，5万年前的标本基本上就没有碳-14了，所以这个办法最好是用在距今5万年以下的被测物。碳-14测年法其实被广泛地用在考古中，碳-14测年法的发现者威拉得·利比还获得了1960年诺贝尔化学奖。

热释光测年法

除了同位数的测年法，其实还有其他的测年方法。比如，考古的时候经常挖到一些陶器。这时候要用的方法叫做热释光测年法。这是因为矿石晶体受到放射性物质的辐射后会产生只有电子，辐射的时间越长，自由电子数就会越多，但是这些自由电子一般来说会被困在晶体里，逃不出来的。

如果我们把这些晶体加热到1500摄氏度，这些电子就会吸收到足够的能量，然后逃出来，并以发光的形式释放能量。越古老的陶器，积累的自由电子越多，加热后发出来的光也就明亮，只要测算释放地能量多少也就可以知道距今有多少年了。

进化分子钟

1962年，有科学家发现：氨基酸在单位时间内以同样的速度发生置换。我们都知道指导合成蛋白质地是基因。也就是说，基因的序列也应该在单位时间内以同样的速度发生置换。科学家把这称为“进化分子钟”。后来一些科学家直接对比基因的碱基排列顺序，证实了这一点。

有了进化分子钟，我们只要对比两个生物体之间的基因差异，就可以推算出它们相隔了多长时间。不过，这个方法也是被人诟病最多的，一些科学家发现分子序列证据与化石证据在人类起源时间上的差异。还有一些科学家发现物种变异的速度并不是固定不变的。所以，这个办法常常都是和其他方法一起使用地。

关于测年法，就说到这里。你还知道哪些测年法？

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