碳定年法新校準

科學人新聞

2020-10-01 甘農（Megan I. Gannon）

它將翻新過去考古記錄的時間點。

3500多年前，一場末日般的火山爆發摧毀了位於今日希臘桑托林島的古代錫拉（Thera），噴發的灰燼和浮石飄散到地中海，引發的海嘯席捲距離遙遠的克里特島。1960年代，考古學家在桑托林島挖掘出宛如時光凍結的米諾斯（Minoan）人聚落，數層樓高的房屋牆上裝飾著鮮豔的濕壁畫，全都掩埋在火山灰燼之下。

那場火山爆發是過去一萬年來威力最強的一次，而且恰巧處在地中海青銅時代的關鍵時期；它也是考古學上的一項重要的爭議所在，幾十年來研究人員對這場浩劫發生的確切時間爭辯不休。

最近放射性碳定年法的新校準雖無法解決這項爭議，卻縮小了可能的時間範圍。今年8月《放射性碳》重點介紹了這備受期待的新校準曲線：IntCal20是一組用來把放射性碳定年結果轉換為曆法年的數據，其中的數據量是2013年發佈的舊曲線的兩倍，可能促使科學家重新評估全世界遺址、文物和事件的年代。

英國牛津大學放射性碳定年專家海厄姆（Thomas Higham）並未參與這項校準工作。他評論：「這個資料集真的擴增非常多。每一次修正都會提升我們推論過去事件年代的信心。很多人為這個新曲線而興奮，因為我們有機會更準確地建立年代與順序，了解地球的運作方式和地球如何隨著時間演變。」

所有生物都會吸收碳14，這種具有放射性的碳同位素會以穩定速度衰變，意味著考古學家發現的貝殼、骨頭、木炭和其他有機物都帶有化學時間戳記。自從科學家在1940年代晚期發現了放射性碳定年法後，它讓史前研究脫胎換骨，也成為考古學建立年表的黃金標準。這個領域的第二次革命則是科學家發現大氣中的碳14會受太陽活動影響而隨著時間起伏，近期又發現原子彈和化石燃料燃燒也會造成波動，因此放射性碳定年法需要使用古代木材等獨立測量來校準。樹木每年都有增生的年輪，科學家可以直接對應年輪到曆法年，同時分析放射性碳的含量。

最早為國際接受的校準曲線是在1980年代發展出來的，僅包含近幾千年的年輪測量值。相對地，IntCal20則涵蓋了將近1萬4000年的測量值，單年的年輪測量數遠超過舊曲線，能反映太陽輻射爆發等短期激增現象。它也包含來自大自然的其他絕對測量值，例如冰心、季節性湖泊沉積物和洞穴石筍，讓新曲線起點回溯到5萬5000年前，逼近放射性碳定年法的極限。

2002年成立的國際校準工作團隊以眾包方式收集數據，建立了普遍使用的新曲線。除了北半球樣本適用的IntCal20，該團隊也推出了南半球和海洋適用的新曲線，因為這些地方有不同的放射性碳含量。

在IntCal20的1萬2904個原始測量值中，800個來自公元前1700~1500年，是曲線中定年最密集的史前時代區段。科學家知道錫拉火山爆發正好發生在這段時間，但他們希望知道更精確的年份。

美國亞利桑那大學年輪科學家培生（Charlotte Pearson）參與了IntCal20和錫拉研究，她說：「如果能明確知道此事件發生的年份，往後挖掘這區域的任何考古遺址時，只要碰到火山灰層，就能定出一個年份確切的地質層，讓你整合該區域所有精采迷人的文明時間軸。」例如米諾斯、希泰（Hittites）、西克索（Hyksos）和古埃及。

但很難訂出確切時間點，有些陶器和古代記錄指出該事件發生在公元前16世紀末，而放射性碳定年結果顯示要再早100多年。IntCal20新增的測量值雖然能縮小可能範圍，但因為這段時間新曲線變化平緩，因此只能提供幾個可能時期，而非確切的時間點......