碳是地球上生命的基礎(chǔ)；它存在于每個(gè)生物的細(xì)胞中。這種元素有幾種形式，或同位素。它的大部分將是穩(wěn)定的形式：碳-12，它是無放射性的。但是它的一部分是碳-14。這種同位素是不穩(wěn)定的，意思是它會(huì)衰變，隨著時(shí)間的推移會(huì)蛻變成另一種元素?？茖W(xué)家們已經(jīng)能夠利用這種衰變來計(jì)算出曾經(jīng)有生命的東西的年齡，最高可達(dá)55000年。但是對(duì)于現(xiàn)代文物來說，這種碳測年法的使用已經(jīng)變得不太可靠。原因是社會(huì)對(duì)化石燃料的猖獗燃燒。

 

科學(xué)家們可以使用幾種不同的元素來確定過去物體的日期。一種廣泛使用的測年技術(shù)依賴于碳-14的鐘狀衰變。當(dāng)生物體活著的時(shí)候，碳循環(huán)確保它們的細(xì)胞中都有差不多水平的碳-14。死后，隨著他們?cè)?jīng)活著的組織中的放射性原子開始衰變，碳-14的數(shù)量逐漸開始下降。這發(fā)生得非常緩慢。他們的水平需要5730年才能下降50%。

 

科學(xué)家們可以根據(jù)碳-14的剩余量來計(jì)算出一種材料的年齡。

 

起初，這種技術(shù)只對(duì)相當(dāng)古老的文物，可能有1萬至5萬年歷史的物品進(jìn)行測算。它對(duì)最近的遺跡并不奏效。他們的碳-14衰變得不夠多，不容易被測量。

 

但這一切在上世紀(jì)中期發(fā)生了變化。從20世紀(jì)50年代中期到60年代，美國軍方進(jìn)行了大量的地面核武器試驗(yàn)，給地球環(huán)境造成了巨大的災(zāi)難和問題。值得慶幸的是，這些試驗(yàn)在1963年結(jié)束了。這些核彈的落塵突然，并且是戲劇性地提高了地球表面或附近的碳-14的數(shù)量。這就像有一個(gè)新鮮的碳-14來源。這方面的一個(gè)知名圖表被稱為 "炸彈曲線"。

 

這些炸彈試驗(yàn)中突然爆發(fā)的額外碳-14給了科學(xué)家一個(gè)時(shí)間書簽。在試驗(yàn)之后，最近的試驗(yàn)中有足夠的碳-14，可以進(jìn)行測量?，F(xiàn)在，科學(xué)家們不再使用碳-14的自然衰變來確定事物的日期，而是可以使用碳-14與穩(wěn)定的碳-12之間的比例變化。

 

這種比例使得碳測年適合于分析藝術(shù)品、茶葉樣本、一具身份不明的尸體，甚至是在卡車后部發(fā)現(xiàn)的大象象牙的獠牙。

 

科學(xué)家們知道，隕石的碳-14信號(hào)不會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去。隨著碳在生物體內(nèi)的循環(huán)，這種同位素的份額會(huì)隨著時(shí)間的推移自然下降。但是新的分析表明，如果沒有最近由于廣泛使用化石燃料而導(dǎo)致的碳基污染物排放的增加，它的作用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)提前結(jié)束。

 

化石燃料的問題

 

煤炭和石油等化石燃料來自于古老的生物體。因?yàn)樗鼈冇袔装偃f年的歷史，所以它們不含碳-14。事實(shí)上，它在5萬年內(nèi)幾乎全部消失。

 

因此，通過燃燒這些燃料，人們已經(jīng)在大氣中播撒了越來越多的碳-12。這已經(jīng)稀釋了環(huán)境中的碳-14。其結(jié)果是，碳-14與碳-12的比例一直在穩(wěn)步變小。

 

海瑟·格雷文（Heather Graven）是一位大氣層科學(xué)家。她在英國的倫敦帝國學(xué)院工作。格雷文領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)測量了化石燃料的使用對(duì)這個(gè)比例的影響。她解釋說，碳-14與碳-12的這一比例就像武器試驗(yàn)后死亡的事物的時(shí)間戳。如果碳-14在某物中的比例高于工業(yè)革命前（19世紀(jì)初）的類似物品，那么你就知道這種材料來自過去60年。

 

她的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在報(bào)告說，這一比例的下降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了最初的預(yù)期。事實(shí)上，它現(xiàn)在已經(jīng)回到了炸彈試驗(yàn)之前的位置。

 

這意味著，"化石燃料效應(yīng)正在真正接管"。隨著時(shí)間的推移，這種用于測定相對(duì)較近的物體的碳時(shí)間標(biāo)記變得有點(diǎn)困難。這已經(jīng)到了這樣的地步：新的東西可以看起來好像是舊的一樣。因此，科學(xué)家將不能用它來確定最近的遺體的日期。格雷文的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，碳測年可以把從一歲到75歲的任何東西賦予相同的表面年齡。

 

布魯斯·布霍爾茨（Bruce Buchholz）是美國加利福尼亞州勞倫斯國家實(shí)驗(yàn)室的一名化學(xué)家。在那里，他利用炸彈曲線來解決一些基本的生物學(xué)問題。例如，碳比率已經(jīng)幫助他確定哪些身體結(jié)構(gòu)（如肌肉）可以自我修復(fù)，哪些不能（如跟腱和眼球的晶狀體）。

 

他也觀察到相對(duì) "年輕 "的組織的碳測年的可靠性有所下降。起初，這種下降似乎只是由于大氣和海洋中炸彈的多余碳-14的正常混合。但是在過去的10到20年里，他說，碳測定的問題越來越多地被化石燃料的燃燒所驅(qū)動(dòng)。

 

 

科學(xué)家們實(shí)時(shí)看到了化石燃料燃燒對(duì)他們做好科學(xué)工作的能力所產(chǎn)生的影響。布霍爾茨（Buchholz）解釋說："失去這種技術(shù)可能會(huì)使一個(gè)當(dāng)代[新]的樣本看起來像是來自炸彈爆炸前的時(shí)代。"格雷文補(bǔ)充說，到本世紀(jì)末，碳-14比率將相當(dāng)于2500年前的水平。‘

 

科學(xué)家們已經(jīng)能夠使用這種技術(shù)非常精確地標(biāo)記歷史上非常短、非常近的時(shí)間點(diǎn)的物品。格雷文（Graven）說，科學(xué)家們知道碳測年的用處將是短暫的。但是現(xiàn)在，她說，她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)表明，這并不是在遙遠(yuǎn)的未來可以期待的事情。它現(xiàn)在正在發(fā)生。