測年技術(shù)課件

自然科學(xué)技術(shù)測年方法樹木年輪法碳同位素測年法釋光測年法古地磁測年法:電子自旋共振測年法骨化石氟含量法:氨基酸消旋法:鉀—氬法:鈾系同位素法:穆斯堡爾譜法:黑曜巖水合法斷代釋光釋光是礦物晶體接受核輻射作用積蓄起來的能量在受到熱或光激發(fā)時,以光的形式釋放出來的一種物理現(xiàn)象。受熱激發(fā)的釋光稱為熱釋光

thermoluminescence,簡寫TL；受光激發(fā)的釋光稱為光釋光opticalluminescence,簡寫OL;或opticallystimulatedluminescence,簡寫OSL。晶體的釋光量與它所接受的輻射劑量成正比,輻射劑量又與時間成正比。t=N/B或t=De/Dy其中:t為樣品的年齡;N為結(jié)晶固體中積存的熱釋光或光釋光總量;

B為各類輻射每年產(chǎn)生的熱釋光或光釋光量總和;

Dy為各類輻射在晶體中每年所產(chǎn)生的輻射劑量的總和;

De為等效劑量,即產(chǎn)生相當于樣品天然釋光信號水平所需的實驗室劑量,也稱古劑量P。釋光測年的基礎(chǔ)熱釋光測年法

ThermoluminescentDating(TL)

定義:

利用絕緣結(jié)晶固體的熱釋光現(xiàn)象進行斷代的技術(shù).測年對象：陶器、瓷器、火燒粘土標本。測年范圍及誤差：

目前可測范圍50-50萬年以內(nèi)的標本。誤差目前為11%,理想誤差為5%.誤差可小于100年，在2000年以內(nèi)的樣品，比14C精確；在距今2000-8000年范圍內(nèi)，14C法更為精確；當大于8000年、14C沒有年輪校正曲線時，熱釋光法可與14C法相互補充。

1663年，英國化學(xué)家RobertBoyle和Elsholtz，即描述了熱釋光現(xiàn)象，之后陸續(xù)有人報道，并稱其為“磷光”。

1898年，Trowbridge和Burbank通過實驗，基本探明了熱釋光的產(chǎn)生過程。1953年，美國威斯康星大學(xué)的Daniels等人提出用之測定地質(zhì)和考古年代的設(shè)想，

1960年，瑞士伯爾尼大學(xué)的Gr?gler，Houtermans和Stauffter第一次探測了古陶器發(fā)射的熱釋光；

1964年愛特金(Aitken·M·J)成功測定了古陶器的年齡，宣告了該方法的成熟。

熱釋光測年的發(fā)展史

60年代以后，國內(nèi)外皆對熱釋光現(xiàn)象作了系統(tǒng)研究，可以說，熱釋光測年是20世紀60年代興起，迅速發(fā)展的一項考古、地質(zhì)測年技術(shù)。除確定考古遺物的年代，又可鑒別古陶器的真?zhèn)?。牛津大學(xué)等考古實驗室：古陶瓷的熱釋光鑒定在上世紀六十年代，由于地處在歐洲，他們鑒定的不光是中國古陶瓷，還有大量的希臘和中東的古陶器。香港大學(xué)熱釋光實驗室：成立于一九八六年，它的客源主要是中國大陸、日本、東南亞、臺灣、香港等亞洲國家和地區(qū)。近年大陸送去鑒定的數(shù)量不斷增加，己超過日本和臺灣。熱釋光測年法原理

早在十七世紀就發(fā)現(xiàn)，某些物體在一定情況下加熱時，在紅熱出現(xiàn)之前，能發(fā)出附加的微弱可見光（紅、黃），可用光敏儀器測出來。待冷卻后，再加熱，又不會重現(xiàn)。此現(xiàn)象一般出現(xiàn)在不導(dǎo)電的固體物體中。熱釋光能量的由來？

絕緣結(jié)晶固體受到放射性照射發(fā)生電離，形成電子和空穴，被晶格缺陷或陷阱所捕獲，因此貯存起一部分輻射并長期保持。當加熱時，電子和空穴可以從陷阱中釋放出來，重新復(fù)合，并以光的形式釋放出貯存的能量。

陶器以粘土制成，一般都含有微量鈾、釷和鉀等放射性物質(zhì)。內(nèi)部還有結(jié)晶固體顆粒如石英、長石、云母、磷灰石等。它們每時每刻都受到各類輻射的作用，包括粘土本身的鈾系、釷系、鉀－40放射的α、β和γ射線。

高溫時，陶器結(jié)晶固體中貯存的能量就被釋放完了，然后重新積累能量，積累的能量隨時間而增加。放射性愈強，其熱釋光量愈多，即熱釋光量與所受的放射性總劑量成正比，總劑量與時間成正比。熱釋光靈敏度：即單位輻射劑量的熱釋光量。它等于：人工熱釋光量/人工輻射劑量

熱釋光測量的方法

細粒與粗粒是根據(jù)石英顆粒大小命名。顆粒大小一般根據(jù)α和β粒子在陶瓷器中的射程決定。α射程：10-50um，平均25um，β射程：1-3mm,

，

細粒技術(shù)

夾碎樣品，至于適當?shù)膽腋∫褐校x取1－8μm的石英晶粒，通過儀器測量其古劑量，再用已知劑量的α或β源輻照，測出其TL靈敏度。粗粒技術(shù)選取陶片中直徑約100μm的石英顆粒，測其古劑量，主要考慮β、γ射線的輻照劑量。將退火后的標本經(jīng)人工放射源輻照一定劑量，并放置若干天，使低溫發(fā)光衰退后，在同樣條件下，測人工熱釋光量，即可得出熱釋光靈敏度。

前劑量法

前劑量效應(yīng)：石英顆粒經(jīng)放射性輻照后到500℃可以引起石英晶體110℃峰的熱釋光靈敏度增長，其增長高度在一定范圍內(nèi)與輻照計量成比例的變化。

靈敏度的增長：放射性輻照、加熱二者缺一不可那么，設(shè)陶片未經(jīng)加熱,為S0，人工加熱到500℃,為S自然，給人工輻照后再加熱至500℃，S0自然+人工

熱釋光儀器裝備圖(采自仇士華、蔡蓮珍，1978)

熱釋光元件測定陶器的年代將一個靈敏度比陶器高K倍的熱釋光元件，嵌入陶器內(nèi)部，與陶器一起接受內(nèi)外射線輻照，以它作為陶器的受照代表，即它所接受的輻照與陶器完全一樣，受照一定時間后，取出元件，測出其該段時間的熱釋光，并利用它計算出陶器的年齡，即：

TL年(陶器)＝TL年(元件)*K。此外，還有其它一些熱釋光測定方法，如：相減技術(shù)、鋯石或長石技術(shù)、薄片技術(shù)等；

年劑量的測試直接法：用熱釋光儀測出器物內(nèi)部，周圍環(huán)境中（土壤中，宇宙中）放射性元素的輻射計量。間接法：測量環(huán)境用熱釋光儀測出器物內(nèi)部，周圍環(huán)境中（土壤中，宇宙中），所含量放射性元素的含量，然后計算出每年放射的劑量。分為：含量法、厚源子計數(shù)法。測年標本的采集

必須明確表明產(chǎn)地的溫度、濕度、輻射強度以及所處環(huán)境的具體情況。采集步驟：

1、詳細記錄周圍的地形、土質(zhì)、植被等情況，測出距離地表覆蓋層的深度；

2、用微計量輻射儀監(jiān)督環(huán)境輻射，盡量排除在具有異常輻射的環(huán)境下采集標本；

3、所采集的標本，最好連周圍環(huán)境的土壤5~7厘米，一起轉(zhuǎn)入準備好的塑料袋，密封起來，進行加固包裝；對測年標本的要求

1、含有絕緣體，如石英砂。

2、器物埋藏周圍，有恒定的、均勻的輻射能源。

3、要能精確測出埋藏若干年后，石英砂接受輻射能量的總值實際上，絕大多數(shù)的陶器、瓷器、火燒土、磚瓦都含有石英砂，可以做測年標本，而粘土、土壤中，均勻分布著鈾、釷、鉀四十等輻射恒定、長半衰期的能源，滿足條件。采集步驟：

4、一塊標本的重量約在30~50克，同一個研究對象最好有3~5個標本（提倡6~12個）；

5、運輸、儲藏過程中，應(yīng)盡量避免強光曝曬，絕對禁止高溫和加熱處理，還要防止外界的放射性輻射。

6、記錄下采集地點的地下水位、氣候條件及標本采集的季節(jié)。

標本用量少、速度快（幾小時）、跨度大。對史前遺存年代測定有較大作用，特別是沒有14C標本或14C標本可疑的遺址。但是，由于方法誤差、實驗誤差和測量誤差不可避免，熱釋光的精確度會受到影響。有些因素會影響對古劑量、年劑量的測定；需要精確確定天然放射性來源，陶器在歷史上實際接受放射性照射條件等。

熱釋光測年法的優(yōu)缺點識別陶器的人工輻照

α-劑量測定黏土中U、Th和K產(chǎn)生的α、β和γ射線在陶瓷中的射程不同。α射線的射程為20—50μm,β線為1—3mm,γ射射線為20—40cm。射程的不同為識別有否人工輻照創(chuàng)造了條件。因為α射程非常短,

α劑量人工無法偽造。如果測定到的一件器物的古劑量沒有α成分,那么這個古劑量就是人工外照射造成的;如果有α劑量,而且接近天然輻照劑量中的α比分,那么這個古劑量就是真實的。如何測定古劑量中的α劑量用細粒樣品的“細粒技術(shù)”和“前劑量技術(shù)”分別測定一件陶器的古劑量。如果細粒技術(shù)測量得到的古劑量大于前劑量技術(shù)測量得到的古劑量,那么,其差額部分就是α劑量,有α成分的古劑量是天然輻照的,那么這件陶器就是古代的;如果兩個古劑量近似相等,說明古劑量中沒有α成分,沒有α成分的古劑量是人工輻照的,那么這件陶器就是現(xiàn)代的。應(yīng)用舉例測定古冶金爐渣的年代古冶金熔煉過程中的高溫(1200℃)導(dǎo)致完全刪除樣品中任何剩余熱釋光信號,即可重撥“釋光時鐘”。實驗選用分別采自中央歐洲和地中海不同古冶金熔煉場所,時間分別為史前、中世紀和公元16世紀的7個已知年代的爐渣樣品進行測量?？偟臏y量誤差在10%范圍。該工作表明,用TL直接測定古冶金爐渣的年代是可行的,只要爐渣中含有石英,并能分離出100g樣品。原始瓷的三種年代測定方法結(jié)果比較采用熱釋光細?；旌系V物法、熱釋光前劑量飽和指數(shù)法以及單片再生劑量光釋光法三種測年方法對出土的7件西周、春秋、戰(zhàn)國以及漢代的原始瓷樣品進行了年代測定。熱釋光細?；旌系V物法測得了較為理想的年代結(jié)果,與樣品的已知年代結(jié)果相比吻合得較好。熱釋光前劑量飽和指數(shù)法測得了該方法的上限飽和年代,即距今1800年左右。再生劑量光釋光法測得的年代,只是實際年代的50%—80%左右,結(jié)果不太理想?？赡芘c原始瓷不夠致密有關(guān)，光線可通過瓷樣的微孔隙到達內(nèi)部,使得部分俘獲電子產(chǎn)生逃逸。1979年,洛陽市文物工作隊在黃河北岸發(fā)掘了一批漢墓,其中一座出土了11個坩堝。坩堝皆直筒形。內(nèi)外壁均有燒流,外表粘有煤塊、熔渣等物,內(nèi)表面較為平滑,有的地方粘有一層薄薄的鐵渣。其中一個坩堝內(nèi)壁的中段粘附一鋼塊,鋼塊整體作戟形,表面黃褐色,長10厘米、寬15厘米、厚0.4厘米。經(jīng)坩堝熱釋光斷代試驗,距今為1832±147年。故墓葬年代大體定為西漢中晚期至東漢中期。洛陽漢墓坩堝的測年銅綠山的古礦遺址：位于湖北大冶縣，發(fā)現(xiàn)于1973年，在全世界已知年代較早的古銅礦中,它是保存最好的，在全世界已知保存較好的古銅礦中,它是年代最早的。銅綠山古銅礦的煉爐,多數(shù)是在ⅩⅡ號礦體發(fā)現(xiàn)的,據(jù)熱釋光測定以及據(jù)地層和出土器物推定,屬于春秋時代。銅綠山的古礦遺址煉爐年代的測定汝窯龍紋缽的鑒定介紹：汝窯，是五大名窯之一，燒制時間前后幾十，完整器物僅存100多件。汝瓷中帶有花紋的器物比較少見,因此，被列為“國寶級文物”在北京琉璃場附件花200塊錢，買的一件器物顯微鏡下：明顯龜裂紋釉面大量的氣泡同步輻射X射線熒光（SRXRF）,其化學(xué)組成Si、Al、K、Ca、Fe落在汝瓷的范圍之內(nèi)。熱釋光：

可以直接測出年代，但是有損，倘若真品，將會造成很大的損失。該不該進行檢測？中國科學(xué)院地質(zhì)研究所不同時期火山玻璃，有這不同的老化程度。將真汝瓷的老化程度，發(fā)現(xiàn)遠小于汝瓷真品。中子活化（NAA）,微量元素的含量亦不再真汝瓷的范圍之內(nèi)。光釋光測年（OSL）在TL基礎(chǔ)上發(fā)展而來的光釋光技術(shù)，英文為：Opticalstimulatedluminescence，簡稱OSL。自一出現(xiàn)就備受關(guān)注。

1985年，Huntleyetal首先提出了光釋光法，

1988年，Hutleyetal又提出了紅外光釋光測年法，英文為：Infra-redstimulatedluminnes-cence，簡稱IRSL。

90年代，光釋光技術(shù)得到很大發(fā)展，適合于各類沉積物年齡，如，黃土地層和考古堆積地層年代的測定，其測年結(jié)果可與14Ｃ測年相媲美，測年范圍從近百年到幾十萬年。

目前已廣泛應(yīng)用于第四紀沉積物的年齡測定，同時亦用于陶瓷器年代的測定。光釋光技術(shù)的原理與熱釋光近似，也是利用礦物晶體的磷光現(xiàn)象。熱釋光通過加熱，而光釋光則是通過光照，退激發(fā)光。由于晶體受輻射損傷后產(chǎn)生的缺陷保存在晶格中，在光的作用下，原儲存的輻射能將以光的形式釋放。儲存于晶體輻射能，對于光的反應(yīng)不完全相同。一部分對光敏感，在光的作用下，即放出光子；這類缺陷稱為“光敏缺陷”。釋光測定的正是這些缺陷。結(jié)晶礦物的釋光信號強度，與其沉積后，接受環(huán)境輻射的時間和強度密切相關(guān)。一定條件下，礦物接受輻射的時間越長，其釋光信號就越強。光釋光測年原理因此，通過測定石英、長石等礦物所儲存的電離輻射劑量，便可知道器物年代公式t＝Deq/Ｄ，其中中t為礦物在曝光后被埋藏至今的年齡，Deq為等效劑量(單位為Gy)，即被測樣品產(chǎn)生天然積存OSL所吸收的輻射總劑量；Ｄ為劑量率(單位為mGy/a或Gy/ka)，是被測礦物單位時間內(nèi)吸收周圍環(huán)境中238U、232Th及其衰變子體和40Ｋ產(chǎn)生的α、β和γ輻射劑量，及少量宇宙射線的輻射劑量。光釋光測年方法釋光信號具有礦物分選性，對于陶器探測的兩種方法：1）綠光釋光源：石英2）紅外釋光源：鉀長石偃師商城夯土的光釋光測年

偃師商城遺址位于河南省位于偃師城關(guān)鎮(zhèn)，考古發(fā)現(xiàn)商代都城遺址中年代最早、規(guī)模最大、保存最完整的一座早期帝王城遺址，年代問題引起來許多專家的重視。

已有專家，利用14C測年等方法，進行了大量的研究，有關(guān)年代更多依據(jù)相關(guān)遺跡的年代來間接推斷，缺少直接判定城墻建筑的測年數(shù)據(jù)，

因此，學(xué)術(shù)界對偃師商城的年代，包括夯土城墻的始建年代仍存在不同看法。

用光釋光測年將推進對其性質(zhì)的認識。在夯土基址的建造過程中,有些石英顆?？赡芤姽舛蛊涔忉尮庑盘柋会尫呕亓?光釋光‘時鐘’重新開始計時。（基礎(chǔ)）用光釋光測年技術(shù)對河南偃師商城宮城部分宮殿和圍墻基址夯土進行了定年。根據(jù)曬退相對徹底的石英顆粒得出的夯土光釋光年齡分別是4.0ka、2.2ka和2.5ka。這些年齡值與考古年齡存在一定的差異,但說明用光釋光測年技術(shù)對宮殿建筑基址夯土進行定年還是有一定的前景?！端{光釋光測定瓷器年代的初步研究》，梁寶鎏樣品：唐、南宋、明（嘉靖）、清（乾?。┑纫阎善?。方法：藍光釋光（BlueStimulatedluminescence,BLSL）瓷器年代的鑒定1.制樣要求樣品的胎：厚實、不透光樣品制備在暗室中進行。使用的光源：6個2.5的二極管組成特制光源下，實驗證明這種光源對BLSL信號沒有影響。在微型切割機上將樣品切成薄片在RISOTLΠOSL-DA-15儀器上進行,BLSL激發(fā)光源是采用鹵素?zé)?波長為420—550nm，測試100s，記錄器光電信號。釋光1-3內(nèi)差不多全部激發(fā)，在10s時，已經(jīng)接近本底。2.樣品的等效古劑量

3.年劑量D：

4.年代T=Dep/D古地磁測年法

ArchaeomagneticDating包括考古地磁斷代和地層沉積磁性斷代兩者?？脊诺卮艛啻抢媚承┕盼锏臒崾４判赃M行斷代的技術(shù)，用于新石器時代以來的窯、爐、磚、瓦、陶瓷的年代測定。地層沉積磁性斷代利用地層沉積磁性隨地磁極性倒轉(zhuǎn)而倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象進行地層斷代的技術(shù)，多用于古代遺址的年代測定?？脊诺卮艛啻鞟考古地磁斷代地磁的方向和強度自古以來不斷變化著，被烘烤的粘土的熱剩磁性貯存了古地磁變化的信息。一般粘土中均含有少量的磁性物質(zhì)，受到高溫（700oC以上）時會失去原有的磁性。在其冷卻過程中又會被地磁場感應(yīng)而獲得與地磁方向相同的永久磁化，其強度正比于當時的地磁場強度，這便是“熱剩磁”。只有再次受到高溫時其熱剩磁性才會消失。古代窯、爐、灶、陶瓷器等均受過高溫具有熱剩磁性。根據(jù)一系列年代明確的考古樣品，測定其古地磁隨年代變化的實驗曲線，就能定出未知年代的樣品的考古年代。

B.地層沉積磁性斷代

地球的演化過程中，地球磁場是不斷變化的，巖石中含有磁性礦物，

1）在其成巖過程中，受到地磁場作用而被磁化產(chǎn)生剩余磁性，這種剩余磁性反映了巖石生成時期的地磁場方向。

2）海相沉積層和深海沉積層中含有磁性礦物顆粒，在沉積過程中取地磁方向顯示沉積磁性，反映出沉積時期的地磁方向。實踐表明，只要從不同深度的巖層中取樣，便可獲得一個連續(xù)的磁極變化序列(地層剖面的地磁極性變化柱)，再結(jié)合地球磁場發(fā)生倒轉(zhuǎn)的巖層位置，并在鉀－氬法的幫助下，測出該地磁極性變化柱的大致年代，然后將此地磁極性變化柱。

具體做法：

采集樣品判斷擾動和磁性干擾選出合適的部位，將頂部刮成水平，標出方向，用石膏固定后取出，帶回實驗室處理，除去磁性干擾。在特制的磁性測定儀中測出樣品的磁偏角、傾角和強度。古地磁法測年范圍：

原則上可以到無窮遠，目前為9千年內(nèi)。古地磁法測年誤差：較大，原因是：

1.作為依據(jù)的實驗曲線本身誤差較大，因為不易得到精確可靠的“已知年代”樣品；

2.某些年代范圍內(nèi)地磁場變化緩慢，不易定準；

3.樣品受到其它磁性的干擾未能清除干凈。應(yīng)用情況：中科院地球物理研究所古地磁研究室建立了：

1.西安、寶雞地區(qū)7000年以來的標準曲線；

2.鄭州、洛陽戰(zhàn)國以來的標準曲線；

3.北京地區(qū)東周以來的標注曲線。應(yīng)用舉例中國科學(xué)院院士朱日祥采用古地磁測年技術(shù)，對河北省陽原縣境內(nèi)的泥河灣馬圈溝遺址出土的一批石器進行年代測定，最終確定其距今166萬年至132萬年之間。這項最新研究表明，幾乎與人類在非洲起源的同時，東亞北部便出現(xiàn)了能夠制造簡單石質(zhì)工具的原始人類。這不僅將中國舊石器時期的時間上限又上溯了30萬年，還向人類起源的傳統(tǒng)觀點發(fā)起了挑戰(zhàn)。電子自旋共振測年法電子自旋共振（Electronspinresonance，簡稱ESR），又叫電子順磁共振（Electronparamagnetieresonance，簡稱EPR）。ESR是電子自旋能級在外磁場的作用下發(fā)生塞曼分裂，同時在外加微波能量的激發(fā)下電子從低能級向高能級躍遷的共振現(xiàn)象。

ESR測年法的基本原理就是直接測定樣品自形成以來由于輻射損傷所產(chǎn)生的順磁中心的數(shù)目（即所接受的放射性射線輻照和本身的累積效應(yīng)）。

P為樣品古劑量，即樣品形成后累積的輻射劑量，也就是累積劑量AD，A是樣品年齡,D是樣品的年劑量，即樣品每年接受的天然輻射劑量率，D隨時間而變化，D=D(t)。歸零過程：將晶體缺陷中電子原先捕獲的電子全部激發(fā)，而使價代附近的空穴復(fù)合，從而使順磁中心消失，使ESR時鐘復(fù)零，這個過程稱為零化過程。種類：1）無機物的沉積；2）一次加熱事件；3）地質(zhì)斷層活動中的強大壓力；4）化石過程；4）風(fēng)城黃土的過程。

ESR年齡的零點ESR的優(yōu)點：①測年范圍廣，從幾千年到幾百萬年，幾乎覆蓋了整個第四紀地質(zhì)年代，主要用于幾十萬年的范圍。②測定對象廣泛，洞穴的碳酸鹽沉積物、軟體動物貝殼、珊瑚、古脊椎動物和古人類骨骼、牙齒等都可認為測試樣品。③測試條件簡單，測試信號受周圍環(huán)境影響小，而且樣品可反復(fù)使用。④是一種非破壞性的分析方法，對樣品不存在損傷。氨基酸外消旋法定義

利用死亡動物氨基酸化學(xué)變化速度進行年代測定的技術(shù)。測年范圍數(shù)千年----百萬年（可補充碳十四的空白）測年原理

動物肌體蛋白質(zhì)水解后可產(chǎn)生20多種氨基酸，均為左旋體結(jié)構(gòu)。生物死亡后埋在地下，有機質(zhì)在自然條件下也被水解為氨基酸保存在化石中，但氨基酸的左旋體結(jié)構(gòu)會慢慢地向右旋體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，最后達到平衡，以致旋光作用消失。這一過程即“外消旋反應(yīng)”；各種氨基酸的外消旋反應(yīng)速度不一樣，在一定的溫度條件下各有自己的“半衰期”（11萬年—29萬年）；根據(jù)化石中氨基酸左消旋體對右消旋體的比例來確定化石樣品的年代。通常適用于古老洞穴和海底沉積化石樣品的年代測定，因為這些地方溫度環(huán)境相對穩(wěn)定。氨基酸消旋斷代法的優(yōu)點它能夠?qū)π悠愤M行斷代，通常只要10g的骨頭樣品就足夠了。它可以對具有10萬年或年齡更早的樣品進行斷代。該方法簡單易行，樣品容易采集。骨化石氟含量法定義：

利用同一地區(qū)、同一地下水環(huán)境中，骨骼、牙齒中含氟量的多少，進行判定骨骼、牙齒的相對年代的一種方法。對象：骨骼、牙齒測年原理：

骨骼（包括牙齒）中的主要成分無機磷化合物羥磷灰石，Ca5(PO4)3(Cl.F.OH)地下水中浸蝕下，水中的氟（F）離子會置換骨中的羥基，形成氟磷灰石[Ca10（PO4）6F2]。這一過程是不可逆的，因此，骨中含氟量的多少與時間成正比。新鮮豬骨新石器頭蓋骨舊石器牙齒、獸骨更新世F%0.030.31.61.72.7鈾系同位素斷代法Uranium-seriesdating又稱不平衡鈾系斷代法，是利用樣品中鈾系、釷系子體放射性的不平衡性測定年代技術(shù)的總稱。這種方法適合于舊石器時代古遺址的測年，所測年代在0.5-50萬年，而且僅限于測定富含碳酸鈣的巖石（如方解石）。

自然界中，廣泛存在長壽命放射性同位素238U、

238U、232Th，各自經(jīng)過一系列衰變，最后分別變成穩(wěn)定同位素206Pb、207Pb、208Pb。

在封閉體系內(nèi)，經(jīng)過足夠長的時間(與壽命最長的子體的半衰期相比)，各個子體的放射性強度都會達到與母體的放射性強度相當，母體與子體之間的放射性水平處于平衡狀態(tài)。但是，由于物理或化學(xué)運動，母體與子體間會發(fā)生遷移、相互分離的現(xiàn)象。在新構(gòu)成的系統(tǒng)中，在未達到新的平衡之前，處于一種不平衡狀態(tài)。在不平衡狀態(tài)的新系統(tǒng)中，根據(jù)子體積累的程度，即可確定新體系開始沉積的年代。如果在沉積物中伴出古代遺存，則同一沉積層的年代即代表古人類活動的年代。

鈾系法所需樣品僅幾十克碳酸鹽或幾克動物牙齒、骨化石即可，樣品的選取要注意：1.要選取盡可能靠近古文物的方解石或石灰石；2.在取樣時要盡量避免選取受“污染”的樣品，否則會產(chǎn)生較大的年齡誤差，污染源主要是附近的土壤和水。但實際上理想的樣品并不多，而且誤差也較大，所以經(jīng)常與鉀－氬斷代法、裂變徑跡法、氨基酸外消旋法等斷代方法互相補充。近年來，隨著質(zhì)譜鈾系法的發(fā)展，其以所需樣品少、精度高而代表了鈾系測年的方向。應(yīng)用：尼安德特人年代測定

尼安德特人：發(fā)現(xiàn)于歐洲和中東地區(qū)的生存與距今15萬-3.5萬年的早期智人。關(guān)于尼安德特人與現(xiàn)代人關(guān)系，很多爭論。1993年，McDermott等利用高精度、高靈敏度的不平衡鈾系熱電離質(zhì)譜(TIMS-Th)法測定了以色列安德特人和早期現(xiàn)代人的化石，發(fā)現(xiàn)兩者是同時代的。鉀－氬斷代法Potassium-argondating（K/Ar）是利用礦物中40K衰變成40Ar的原理進行斷代的?？脊艑W(xué)中用鉀－氬法測定舊石器時代的遺址年代。近年來，鉀－氬法得到改進，精度有所提高。t

為年齡λK為40K的K層電子俘獲衰變常數(shù)λβ為40K的β衰變常數(shù)D

為經(jīng)t年后測定出樣品中的40Ar的原子數(shù)N

為經(jīng)t年后樣品中40K的原子數(shù)穆斯堡爾譜學(xué)斷代基本原理古陶在地下埋藏過程中，所含有的石英、長石等礦物晶粒會受到天然放射性元素（鈾、釷、鉀）發(fā)射的α、β和λ射線或宇宙射線的輻射，從而出現(xiàn)晶格缺陷。這樣古陶在地下埋藏的年代越久，晶格中的能量狀態(tài)變化就越大，即具有累積性質(zhì)。所以，晶格變化的程度與樣品的年齡成正比，利用穆斯堡爾譜學(xué)能測量出古陶晶格中原子核周圍能量狀態(tài)的變化，從而可推斷出古陶的年齡在實際工作中，利用穆斯堡爾譜效應(yīng)測量并計算樣品中某些礦物四面體和八面體晶粒中二價鐵原子核周圍的電場梯度的大小隨樣品年齡的變化曲線，即可準確得到樣品的年齡。優(yōu)點：方法簡單，使用方便。缺點：樣品中原子核周圍的電場梯度的大小還與樣品的燒結(jié)溫度和原料成分有關(guān)，這會帶來一定的誤差，且穆斯堡爾譜線需要經(jīng)過計算機解析才能得到結(jié)果。黑曜巖水合法斷代利用黑曜巖表面水合層的厚度來推測黑曜巖工具制作年代的技術(shù)。黑曜巖：是一種火山玻璃，石器時代的人類經(jīng)常用它制作各種工具。黑曜巖對水有很強的親和力，由外向內(nèi)擴散形成水合層。D2=KtK為擴散系數(shù)，與埋藏的溫度和黑曜巖本身的化學(xué)成分有關(guān)而與濕度無關(guān)。Obsidianhydrationdating

于埋藏環(huán)境的溫度并非穩(wěn)定不變，所以這種方法經(jīng)常限于局部地區(qū)的相對年代的測定，最好與碳－14、樹輪年代法等校對，與這些方法比較確定出標準后，再用內(nèi)插法或外推法得出絕對年代。裂變徑跡法斷代

Fission-trackdating裂變徑跡法斷代是利用鈾－238自發(fā)裂變徑跡數(shù)進行斷代的技術(shù)。具體地說，在衰變過程中，單個母體鈾原子分裂為質(zhì)量相似的碎片，從而在物質(zhì)中留下晶體破壞痕跡。徑跡的數(shù)目與樣品的年齡成正比。最后高溫事件年代=238U裂變徑跡數(shù)系數(shù)/（K*U含量）裂變徑跡法斷代依賴于合適的考古材料（如黑曜巖）或與考古學(xué)有關(guān)的熱事件，被高溫烘烤過的礦物顆粒、陶器中的礦物顆粒、人工玻璃等都可作為測試樣品。最突出的優(yōu)點是測量范圍很廣（幾十億年--幾百年）。

退火原理

礦物晶體中所含U238裂變時產(chǎn)生的碎片在晶體中會形成裂變徑跡，這些徑跡具有隨溫度的增高，而徑跡密度減少、長度變短直至完全消失的特性。緩慢升溫

升溫至退火區(qū)并延續(xù)了一定時間

1959年，英國原子能研究組織的西爾克（E.C.H.Silk）和巴那斯（R.S.Barnes）在電子顯微鏡下觀察受過重元素裂變產(chǎn)生的離子照射的白云母樣品時發(fā)現(xiàn)了裂變徑跡。1962年普來斯（P.B.Price）成功地利用化學(xué)蝕刻的方法使得這些細小的線狀軌跡能夠在普通的光學(xué)顯微鏡下觀察到。1965年，沃爾克（Walker）等基于對自發(fā)裂變徑跡的計數(shù)測定了礦物的年齡，提出了裂變徑跡定年法。在70年代早期，人們發(fā)現(xiàn)了裂變徑跡的退火特性（即在加熱到一定溫度時，徑跡密度與徑跡長度會減少甚至完全消失），由此為裂變徑跡開啟了新領(lǐng)域，即低溫?zé)釟v史重建。應(yīng)用前提1）U238的自發(fā)裂變速度是恒定的，不受物