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測定物質(zhì)年齡的碳-14與引起死亡的二氧化碳


實驗室k / 2018-12-04

       在廣袤的大自然中,有形形色色的“鐘表”在不停地運行,記錄下時間老人的行動軌跡,碳鐘就是其中的一員。

       日本千戶縣風川地方的泥層中,發(fā)掘出了一些保存得很好的古蓮子??茖W家們測定這些種子已有3000歲了。這些種子經(jīng)過培育,照樣開花結(jié)了果實。

       20世紀80年代,考古人員在新體維吾爾自治區(qū)的羅布泊發(fā)現(xiàn)了一具褐色的年輕女尸。她的頭發(fā)微卷,眼睛閉著,就像沉睡中的少女。科學家們說,這具女尸距今已有2000多年了。

       科學家是怎么知道女尸和古蓮子的年齡呢?

碳元素

       原來,自從20世紀發(fā)現(xiàn)放射性元素和它蛻變生成的同位素后,科學家們找到了一種大自然的“鐘表”——放射性碳-14,這種“碳鐘”不需要人上發(fā)條,也不會受外界溫度、壓力等影響。億萬年來,它始終準確和不停地走動著。用它可以準確地測定一些物質(zhì)的年齡。

       放射性碳-14是一種不穩(wěn)定的同位素,它會不斷放出射線并轉(zhuǎn)化成正常的碳元素,而大氣中由于天外射線的影響,又會不斷地產(chǎn)生新的碳-14,使總量保持平衡。

       地球上的所有生物,活著的時候總是不斷地吸收大氣中的二氧化碳,也吸收了混合在一起的碳-14,只有當動植物死亡后,它們與外界停止了物質(zhì)交換,碳-14的供應(yīng)也就停止了。從這時候起,生物體內(nèi)的碳-14由于不斷放出射線,含量逐漸減少。大約平均每過5568年,碳-14的含量會減少50%,這段時間叫做放射性同位素的“半衰期”。要知道女尸和古蓮子的生長年代,只要測定一下它們中碳-14的含量,就可以推算出來了。

       考古學家還用碳鐘來確定古代文物的年代。例如,埃及古基中出土的一個船形器皿,考古學家取下器皿上的一塊本片,經(jīng)碳鐘測定,距今約有3620年。我國考古學家使用碳鐘確定西安半坡村為新石器時代遺址,距今約有6000多年的歷史。

       在2.5億年前,地球上只有一塊單獨的超級大陸,一個未被分裂的海洋覆蓋了地球其他部分。那時候的氣候很熱,大洋表面的水由于吸收了絕大部分的陽光,溫度升高,密度變小,因而根本流不到深處。與之相反,大洋深處的水幾乎沒有接收到陽光,因此變得十分冰冷和稠密,幾乎是不流動的。

       當死亡的生物從水表沉到水底,它們在腐爛的過程中會逐漸從不流動的水里吸收氧氣。由于幾乎沒有水流到深處,所以沒有途徑從表層水中帶進新鮮的氧氣。有機物在腐爛時除吸收氧氣外,還要放出二氧化碳。當大洋深處水中的氧氣慢慢消失時,二氧化碳的含量卻越來越多。

       由于海洋中的二氧化碳越來越多,大氣中的二氧化碳日趨減少,這減弱了溫室效應(yīng),地球的氣溫開始下降。在幾千萬年里第一次出現(xiàn)了南北極的冰川,冰川附近的地表水變冷,密度增大,這引起了海水的流動,當裝載著豐富二氧化碳的深層水流到淺水河區(qū)時,物種的滅絕開始了,許多海洋生物由于呼吸不到新鮮的氧氣而死去了。

       在二氧化碳殺死大部分海洋生物后,由于壓力的減輕,它在水中的溶解度變小,大量的二氧化碳紛紛追出海面,進入大氣中。隨著溫室效應(yīng)的加強,地球上的氣候重新變熱??焖俚臍夂蜃兓股钤陉懙厣系纳锶兆右埠茈y過,那些適應(yīng)不了氣候變化的生物大批大批地滅絕了,只有大約5%適應(yīng)能力很強的物種才僥幸活了下來。

       這就是科學家對發(fā)生在2.5億年前的那次生物大滅絕的原因所作的推測。


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