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输入计算

数学公式

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结果

样品估算年代
5,730
测量前的年数
碳14残留量 50%
采用的半衰期 5,730 years
衰变常数(λ) 0.00012097 /yr

什么是放射性碳测年?

放射性碳测年(即碳14测年)通过测量曾经活体的材料中放射性碳14衰变了多少,来估算其年代。生物在存活期间会不断与环境交换碳元素,使体内的碳14含量维持在一个大致恒定的水平。生物死亡后,碳的摄入随之停止,体内的碳14便以已知的速率持续衰变。把如今残留的碳14含量与最初的含量相比较,就能推算出该生物大约死于多久以前。

图示碳-14在大气中生成,被活的动植物吸收,死亡后逐渐衰变
生物体内的碳-14保持恒定,死亡后则稳定衰变。

如何使用本计算器

输入样品中目前仍残留的碳14百分比(以活体参照样为100%作对比)。半衰期默认取5730年(即剑桥值);如果你的参照数据采用的是5568年(传统的Libby半衰期),也可以自行修改。计算器将返回相对于测量时刻的估算年代(单位:年)。

公式解析

碳14按指数规律衰变:$$N = N_0 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}$$对时间求解可得 \(t = \frac{t_{1/2}}{\ln 2} \cdot \ln\!\left(\frac{N_0}{N}\right)\),其中 \(N_0\) 为初始含量,\(N\) 为残留含量,\(t_{1/2}\) 为半衰期。由于公式中用到的是比值 \(N_0/N\),因此你只需提供残留百分比即可:\(N_0/N = \frac{100}{\text{百分比}}\)。

碳-14随时间呈指数衰减的曲线,标示连续的半衰期
每经过5730年的一个半衰期,剩余的碳-14减少一半。

示例计算

假设某件木质文物的碳14仅剩初始量的25%。那么 \(N_0/N = 4\),于是 $$t = \frac{5730}{0.6931} \times \ln(4) = 8266.6 \times 1.3863 \approx 11{,}460 \text{年}$$。这一结果合乎逻辑:剩余25%意味着已经过了两个半衰期(\(5730 \times 2 = 11{,}460\) 年)。

常见问题

我应该使用哪个半衰期?物理上更精确的数值是5730年。不过许多公开发表的“放射性碳年代”出于历史延续性的考虑,仍沿用传统的Libby半衰期5568年。

碳14测年能追溯到多久以前?实际可测约5万年;再往前,残留的碳14太少,已无法可靠测量。

为什么结果不够精确?因为大气中的碳14含量在历史上有所波动,真实年代需要借助校正曲线来修正。本工具给出的是仅基于衰变计算的原始年代。

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