【考古文博公開課】科技考古學概論 西北大學（已附整合版配套課件） P18 - [9.1.4]--第四節其他測年法

那麼在考古研究當中 熱石光和前面講的碳石測鏈 數目言論是比較常用的 或者說用的相對來說比較成熟的 那麼除了咱們常見的這三種方法以外 還有些其他測鏈方法 我現在也給大家做一個介紹 做一個瞭解 首先我們看一下古地磁測鏈方法 古地磁測鏈方法 它主要包括考古地磁斷帶和地層沉積磁性斷帶兩種方法 那麼考古地磁斷帶 它是利用某些古代遺物的熱勝磁性來進行斷帶的一個技術 利用古代這一種文物的熱勝磁性來進行斷帶的一個技術 它主要用於像陶窯 或者一些窯爐 還有竈 磚瓦 陶瓷這樣的年代的測定 而這種地磁沉積磁性測定 它是利用地層沉積磁性 隨地磁急性的倒轉 和倒轉的現象來進行地層斷帶的技術 它多用於古代遺址的一個年代測定 我們看一下考古地磁斷帶 我們知道地磁的方向和強度 自古以來它是不斷的變化的 被烘烤的黏土的熱勝磁 它的磁性就存儲了古地磁變化的信息 也就是說 一般黏土當中 它含有少量的這些磁性物質 那麼這些磁性物質 經過高溫加熱 比如720度以上 它就會失去原有的磁性 那麼在冷卻過程當中 失去磁性的這種物質 它又會被地磁 地球的磁場感應 而獲得與地磁方向 咱們地球磁場方向相同的一種有扭磁化 它的強度就正比於當時的地磁場的強度 這就是我們所說的熱勝磁 那麼這熱勝磁只有在再次被加熱的時候 它的熱勝磁纔會消失 在這裏就要注意 我們所測量的樣品 其實也是它最後一次加熱以後的年代 不能再次加熱 再次加熱以後 它這個年代就變化了 像古代的窯 爐 瓷 陶瓷 竈 這些都經過高溫的加熱 所以就有些熱勝磁 因此我們根據一系列年代明確的考古樣品 測定其古地磁 所以年代變化的實驗區限 就能夠定出未知年代的樣品的考古年代 它就是採集合適的樣品 選出合適的部位 將頂部擴成水平標出方向 用石膏固定取出以後 帶回實驗室處理 排除磁性干擾以後 在特定的磁性測定儀當中 測出樣品的磁偏角 傾角和強度 我們就建立這樣一個磁場的變化區限 我們根據磁場的標準區限以後 如果未知遺址當中的加熱過物質的熱勝磁 如果和標準區限當中的某一段是重合的 是吻合的 我們就可以對應起來 古地磁法的測量範圍 原則上可以到無窮遠 目前可以測到9000年內 它的誤差範圍比較大 主要是因爲作爲依據的實驗區限本身誤差比較大 因爲不易得到精確可靠的歷史年代的樣品 第二就是某些年代範圍內的 第一次場變化也緩慢 不一定的 第三就是樣品受到其他磁性的干擾 也有的時候未能夠清除乾淨 所以說這也會造成對古地磁法的測量範圍的誤差比較大 所以也影響了它的使用 曾經中科院地球物理研究所古地磁研究室 在西安保紀地區 曾經建立了7000年以來的標準區限 這些標準區限其實也爲我們研究西安保紀 處置的古代遺址的某些遺址年代 建立了一個對比的參照區限 這是我們講的靠物地磁程的方法 第三個我們看一下假壓斷帶法 假壓斷帶方法也屬於同位素斷帶方法的一種 它主要是利用礦物當中 甲磁石衰變成亞磁石的衰變原理來進行斷帶 在地殼當中有分佈的甲 甲的同位素有不穩定的同位素甲40 還有穩定的同位素甲39 甲的這兩種同位素有不同的衰變方式 大約有89%的發射出一個電子衰變成鈣40 其餘的11%以捕獲甲的一個電子的方式衰變成亞40 放射性成因鈣40和原來岩石當中的鈣40無法加以區別 而衰變成亞40這個同位素比較容易測定 而且亞是個多因氣體 在火山岩形成時 由於高溫岩石不可能保留這種氣體 只有在岩石冷卻後 岩石放射成因亞40纔會逐漸的在岩石中積累 那麼亞40實際上就是岩石形成連帶的放射性測連時鐘 所以我只要測定出岩石當中的亞40和鈣40的含量 就可以定出岩石的形成連帶 因爲鈣40的半燒焰期長達13億年 對於形成事件較短的岩石來說 含有的亞40含量可能比較少 不易測準 誤差較大 那麼在考古學當中 用賈亞法主要測定比較久遠的舊石器時代的遺址年代 因爲賈亞法本身衰變的週期比較長 所以他希望測量比較早期的遺址年代 近年來賈亞法的方法也不斷地在改進 精度也有一定的提高 還有第二方法就是右系同位素斷帶法 第二就是右系同位素斷帶法 右系同位素斷帶又稱爲不平衡右系斷帶法 它是利用樣品當中的右系土系子體放射性的不平衡性來測定年代 這種方法適合於舊石器時代古遺址的測量 它所測的年代大約在5000年到50萬年之間 而且它僅限於測定富含碳酸鈣的放解石 這是它放射性的衰變 在自然界當中廣泛存在長壽命的放射性的同位素U238 U238會經過不斷地衰變 最後會變成穩定的同位素鉛 在分泌體內經過足夠長的時間 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 母體子體之間的放射性水平就會處於平衡狀態 但是由於物理化學運動 母體和子體間會發生遷移相互分離的這樣的一個現象 在新的構成的系統當中 在未達到新的平衡之前 它處於一種不平衡的狀態 那麼在不平衡狀態的新系統當中 根據子體積累的程度就可以確定新體系開始沉積的年代 如果在沉積物當中半出古代遺存 則同層沉積層的年代就可以代表古代人類在遺址當中活動的年代 那麼又一法所需樣品 可以是一些幾十克的碳酸鹽 或者幾克的動物牙齒 古化石等等 那麼樣品的選取需要注意 首先要選取儘可能靠近古代文物遺存的這種房景社會和社會化 此外 在取樣時要儘量避免選取受到污染的樣品 否則會產生較大的年齡誤差 污染源 就是污染的樣品的污染源主要受到附近的土壤和水的一些干擾 那麼又一系法 在實際的運用過程當中 主要理想的樣品不太多 所以說 它測量起來還是面臨了很多的一些問題 樣品不太多 還有誤差也較大 所以它經常和其他的一些方法 比如後面講到的 鹼壓法 裂縫禁劑法 氨基酸 外僑鹽法 進行相互綜合運用 相互補充 近年來 隨着質樸右系法的發展 因爲所需樣品也不斷減少 精確度逐漸也在提高 代表了右系測量方法的一個方向 可能右系方法會不斷得到玩 第四個咱們瞭解 就是電子自旋共振測量方法 那麼電子自旋共振 它也叫電子順磁共振 電子順磁共振 那麼電子自旋共振 是電子自旋能級在外加磁場的作用下 發生一種塞脈能級的分裂 同時 在外加微波能量的激發下 電子從低能級向高能級躍遷 形成了一種共振現象 那麼電子自旋共振測量 它就是直接測定 樣品自形成以來 由於輻射損傷而產生的這種順磁中心 它的一個數目 也就是說 所接收的放射性射線輻照 和本身的這種累積的一個效應之間的關係 來確定的 那麼這一個電子自旋共振測量方法 和咱們其他這些測量方法相比 測量範圍可以從幾千年到幾百萬年 幾乎涵蓋了整個第四世紀的地理年代 主要用於幾十萬年的一個範圍 第二就是測定的對象廣泛 像洞穴當中的碳酸銀沉積物 軟體動物背殼 珊瑚 古脊椎動物 古人類 骨骼 牙齒 都可以作爲測試樣品 第三就是測試條件比較簡單 測試信號受周圍環境的影響較小 而且樣品可以反覆使用 所以說它的使用在地質上還是很受關注 再來就是它是一種非破壞性的分析方法 對樣品的損傷比較小 第五個給大家介紹的 咱們叫裂變禁忌法 裂變禁忌法 它是利用U238自發裂變禁忌術 進行斷裂的一個技術 那麼U的重同位素 像U238 它的大質量原子核在自發裂變的過程當中 向外輻射大量的能量 且高速向外發射出碎裂變的碎片 那麼發射出來這種碎片 就會對周圍的物質造成一些柱狀的損傷 大約是十微米的柱狀損傷 可以看到圖上這些柱狀的損傷 那麼在透明礦物內 會留下像疤痕一樣的裂禁忌 那麼在衰變速率不變的情況下 裂變的禁忌數目 隨着時間要增加 所以只要根據樣品當中的誘含量 和自發裂變的禁忌數 就可以求出樣品 經受最後一次高溫事件的年代 裂變禁忌方法 它主要依賴於合適的考古材料 或與考古有關的熱事件 所以考古工作 常常在由古人類移植的火山灰層 或者活動過的火堆旁來進行取樣 那麼由於裂變禁忌方法 是基於許多假設之上的比較 比如說鈾的衰變速率是很硬的 是不變的 鈾在材料當中是均勻分佈的 熱事件之後的裂變禁忌是可以觀察到的 在這個儀器上咱們可以看到 而這些假設 常常同實際情況有一所差別 所以說裂變禁忌方法 還是沒有得到一個廣泛的應用 第六個方法 我們叫做黑曜岩的水河斷帶方法 黑曜岩它是一種火山玻璃 火山膨發以後 它這個熔漿冷卻以後 形成一種玻璃質的物質 那麼在實際時代 人類經常用它來製作工種工具 而這種黑曜岩 它對水有很強的氫合力 那麼黑曜岩 在不斷使用過程 或者在保存過程當中 它表面會不斷的吸水 就和水形成這種水膜 那麼這個水膜 它的厚度和時間是有關係的 所以黑曜岩的水河方法 就是利用黑曜岩表面水河層的厚度 來進行推測黑曜岩工具製作年代的一個技術 比如說黑曜岩 它在製作完成以後 在表面不斷的會吸回一些水河層 那麼水河層的厚度 和它保存的時間是有一定的對應關係的 因此我可以通過水河層的厚度 來進行推斷 這就是黑曜岩工具製作的一個年代 那麼具體的計算公式 我們可以利用這樣的一個計算公式來進行確定 這是它的一個測定的方法 由於埋藏環境的溫度穩定不變 所以這種方法也經常侷限一些特殊的局部地區 當然了 它也需要和其他的方法在一起綜合來進行運用 第七個 我們瞭解一下氨基酸的外銷宣發 那麼氨基酸外銷宣發方法 主要是利用死亡動物氨基酸 它的化學變化速度來進行年代測定的一個技術 它的測量範圍可以達到數千年到百萬年間 我們知道 咱們動物的基體蛋白質 失節以後會形成二十多種氨基酸 那麼咱們動物基體當中的二十多種氨基酸 主要是一種左輪延體 左輪延體就像我們左手一樣 叫左輪延體結構 那麼生物死亡以後 它埋入地下 那麼有機質在自然條件下 蛋白質就變得失節 最後變成了氨基酸 那麼變成了氨基酸保存在化學當中 最初都是左旋體 但是保存過程當中 左旋體的結構會慢慢地轉化 轉化成什麼呢 右旋體 從左手這種狀態這種結構變成右手這種結構 就是從左旋體變成右旋體這個結構 最後達到一種平衡 最後導致這種旋光作用消失 那麼這個過程我們叫做外消旋反應 外消旋反應 那麼各種氨基酸 它的外消旋反應的速率是不一樣的 因此在一定的溫度條件下 不同的氨基酸有不同的反轉性 就有不同的衰變的規律 因此我們就可以根據化石當中殘留的這些氨基酸的左消旋體 對右消旋體的這種比例 看左旋體和右旋體這樣的一個比例來確定化石樣品的年代 那麼它通常適用於古老的洞穴和海底的沉積化石樣品的年代測定 因爲這些地方溫度環境相對比較穩定一些 相對比較穩定一些 因爲它主要有這個外界環境有關係 那麼氨基酸消旋斷代方法 它能夠和其他這些測定方法相比較 它能夠對一些小樣品進行斷代 通常像這個石刻的骨頭就能夠進行測樣了 另外它可以對具有石萬嶺或巖嶺更早的樣品進行斷代 另外它這個方法簡單易行 樣品相對來說還比較容易採集 另外還有一個就是咱們古化石浮含量方法 它就是利用同一地區同一地下水環境當中 咱們的骨骼和牙齒含浮量的多少 來判定骨骼牙齒相對年代的一種方法 就像我們講的撲牙 人牙發黃的 含浮 它的測量對象主要是骨骼和牙齒 它怎麼來進行測量呢 我們知道骨骼 咱們的人體骨骼或動物骨骼牙齒 它的主要成分是無極零化物 就是羌陵灰石 羌陵灰石它們在地下水的侵蝕下 羌陵灰石當中的羌基 會被含有浮的水中的浮離子置換 也就是什麼呢 如果當地水含有較高的浮離子 浮離子會不斷取代埋藏的骨當中的羌基 那就會使羌陵灰石變成浮陵灰石 那麼從羌陵灰石變成浮陵灰石 這個過程是不可逆的 因此骨骼當中的羌基被浮取代的量 它與時間成正比 也就是說骨中含浮量的多少和時間保存的時間 都存在一種正比關係 因此我就可以根據含浮量的多少來進行一個年代測定 最後一個咱們還講一個叫莫斯巴普斷代 現在用的可以做個瞭解 不太多 莫斯巴普斷代 莫斯巴普斷代主要是根據古代的陶器在地下埋藏過程當中 那麼骨陶器當中的石英常使這些礦物精力受到天然放射性元素 像咱們講的鈾 土 鉀這些放射性元素 那麼這些放射性元素會發射出一些α,β或者是γ射線 或者是一些宇宙射線的輻射 就會使樣品當中的一些精力的結構出現金格的缺陷 那麼這些骨陶在地下埋藏的年代越久 那麼金格當中的能量狀態變化就越大 也就是說它就有一個不斷的積累能量 所以金格積累能量的變化過程與樣品的年齡呈的是一種正比關係 因此我可以利用莫斯巴普學來測定出骨陶器金格當中原子和周圍能量狀態的變化 來推測骨陶器的一個年齡 它這個方法也是和前面講的世光測點的積木原理相似的地方 就是這個陶器當中的這些絕緣顆粒 它由於積累周圍的輻射物質給它的一個能量 那麼這個積累能量和它埋藏的時間是有一定的正比關係 因此可以臨測點 那麼在實驗工作當中 利用莫斯巴普效應測量並計算出樣品當中 某些礦物四面體和八面體 經歷當中二加鐵原子和周圍的電場梯度的大小 隨着年齡變化的一個曲線來進行準確得到樣品的一個年齡 它這個方法比較簡單 使用也方便一些 缺點就是什麼呢 液品當中原子和周圍的電場梯度的大小 還有樣品的燒解的溫度和原料成分有關 這會帶來的誤差 而且莫斯巴普需要經過計算機的解析 我們才能得到一些結果 那麼以上就給大家介紹了一下 利用兩節課的時間給大家介紹了一個科技考古當中 咱們講的一個利用科技方法來進行測量的 在這類測量方法當中 重點給大家介紹比較多的就是樹木年輪 碳石測量和熱石光測量 這是在我們文物研究當中 考古年代的測量當中比較常見的方法 尤其是碳石色 這些方法在咱們考古當中取得了很多有意義的結果 雖然這個方法還需要不斷的完善 除了常見的這三種方法 還給大家介紹了一些其他的方法 可以給大家做一個瞭解 當然了 這些方法在咱們課程當中 只能給大家講一個比較寬泛的瞭解 具體的內容 大家還要參考一些相關的書目 參考一些相關的書目 可以進一步瞭解 今天咱們講到這裏