什麼是放射性碳定年?
放射性碳(碳-14)定年法,是透過測量曾經有生命的物質中放射性碳-14 已衰變的程度,來推估其年代。生物在存活期間會持續與環境交換碳元素,使體內的碳-14 維持在大致固定的水準;一旦生物死亡,碳的攝取隨之停止,殘留的碳-14 便會以已知的速率持續衰變。只要比較樣本如今殘留的碳-14 量與最初的含量,就能計算出該生物死亡至今經過了多久。
如何使用本計算器
請輸入樣本中目前仍殘留的碳-14 百分比(以活體樣本為參照基準,設定為 100%)。預設半衰期為 5730 年(即劍橋值);如果你所參照的資料採用的是 5568 年(傳統的 Libby 半衰期),也可以自行更改。計算器會回傳估算的年代,單位為「測量前若干年」。
公式說明
碳-14 以指數方式衰變:\(N = N_0 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}\)。將時間解出後可得 $$t = \frac{t_{1/2}}{\ln 2} \cdot \ln\!\left(\frac{N_0}{N}\right)$$,其中 \(N_0\) 為最初的含量、\(N\) 為目前殘留量、\(t_{1/2}\) 為半衰期。由於計算時使用的是 \(N_0/N\) 這個比值,因此你只需要提供殘留百分比即可:\(N_0/N = 100 / \text{百分比}\)。
範例試算
假設某件木製文物的碳-14 殘留量為原始量的 25%,則 \(N_0/N = 4\),代入後 $$t = \frac{5730}{0.6931} \times \ln(4) = 8266.6 \times 1.3863 \approx 11{,}460 \text{ 年}$$。這個結果相當合理:殘留 25% 代表已經過了兩個半衰期(\(5730 \times 2 = 11{,}460\) 年)。
常見問題
我該採用哪一個半衰期?物理上較精確的數值為 5730 年。不過許多公開發表的「放射性碳年代」為了與歷史資料保持一致,仍沿用傳統的 Libby 半衰期 5568 年。
碳-14 定年法可以追溯到多久以前?實務上大約為 5 萬年;再往前推,殘留的碳-14 已太少,難以可靠測量。
為什麼結果不是完全精確的?由於大氣中的碳-14 濃度隨時間有所變化,要得到真實年代必須使用校正曲線。本工具提供的是依純衰變計算所得的原始年代。