最基本的原则是:不要去测一个不确定性太大的样品,因为如果结果不符合预期,你的结论就是样品的出土背景和/或质量不行
。
/*老专家如此乐观,不觉得还有一种结论是碳十四不行*/
不要去测有问题的样品的主要原因,在于每个地层测量的样品数量是有限的,因此每一个出问题的样品都可能很大地影响全局的结果。此外,在数据库中有一个可疑的样品,就需要去分析更多的样品来证明它确实是个异常值。
碳十四数据分析一个非常重要的方面就是校正。所谓校正,是指修正由于过去大气碳十四含量波动对测量结果产生的影响。本质上来讲,碳十四测年是将样品的碳十四含量与1950年大气值相比较,1950年是在大规模核爆试验导致大气碳十四含量激增之前。这给了我们样品
距离1950年
的时间,通常称作距今XX年(before present,
BP
)。由于大气中的碳十四含量在过去是有波动的,所以需要一个校正曲线来修正这个BP值。校正曲线是基于1万2千年的已知年代的树轮序列,以及其它以年度为周期的沉积,如海洋沉积的纹泥,以及逐年生长的珊瑚将这个校正曲线扩展到2万6千年。
/*update:5万年
这些校正会直接影响碳十四年代的分辨率。如下图所示。
校正的效应展示,假设有三个年代,相差100年,测量精度相同。而校正结果的精度有很大的差异。图片来自E. Boaretto.
事实上,
校正曲线在项目开始之前就应该纳入考虑
,有些时期分辨率实在太低,也许根本不值得去测碳十四(当然这是相对而言的,仅针对某些特定的问题)
。/*从另一方面来讲,事先观察校正曲线可以帮助我们决定采样的密度,在分辨率奇差的区域如果能有一系列的样品做贝叶斯校正,效果也是很好的*/
校正过的年代一般用cal BP或者cal BC/AD表示
/*或者cal BCE/CE,以色列人喜欢用BCE,因为BC的C是Christ,BCE的C只是common,而他们不信基督所以不用BC。
抛开这些八卦不论,
重点是校正过的年代都带个 cal*/
。
几乎所有的校正都是用Ramsey和Higham提供的软件和数据完成的。
/*在之前的章节翻译中,我也说过context这个词我是拒绝翻译的,按照王占奎先生说的,把它音译成“康”就很好*/
样品的context是整个测年过程中最重要的因素,并且也通常是最难以评估其不确定性的因素,根据Boaretto,将context分为宏观和微观是非常有意义的。
/*这里context是Boaretto教授自己定义的概念,和我们理解的“最小堆积单位”略有不同,她的一个context有可能是一个“最小堆积单位”,也有可能是几个互相联系的“最小堆积单位”的组合
宏观context一般指需要测年的层位,基于任何可以识别地层的因素。
/*划线大法好*/
如果一个层位有很好的标志,比如特征的石器、陶器组合,或者建筑结构、沉积物类型等,使得它能够与遗址上其余部分区别开来,即使这一层是不连续的,这通常就是一个好的宏观context。明确的层位,比如能与特定建筑结构联系起来的大片地面,也是很好的宏观context,在这样一个清晰的层位上下的人工制品有很好的相对年代关系。还有一些其它诸如此类定义明晰的宏观context。如果样品不是来自一个好的宏观context,那么几乎是没有意义的。
但是,宏观context并不是衡量一个context好不好的唯一指标,微观context同样很重要。
在一个定义清晰的宏观context中,也会有一些局域性的结构,可能是好的或者坏的context。例如在一个清晰的地层中发现的几颗孤立的炭化种子、陶片、或者石器,它们可能是后期引入的,或者是在这一层形成过程中纳入的早期材料。根据这种材料获取的年代就会与这一地层的形成年代有差异。
比较好的可靠的context可以是很多炭化种子聚集在一个火塘里,而这个火塘本身属于这个地面(下图左)。即使是这种情况也需要仔细检查,因为种子有可能是被啮齿动物带来的,如下图右。老鼠洞应当被当做晚期堆积,但是老鼠洞并不总是容易认出来。评估微观context是非常重要的,因为除了动物之外,还有其它的物理过程(如,冰冻-解冻,盐的形成
/*嘛,严格来说盐的生成算化学过程,不过结晶出来的时候产生体积变化会对沉积物中其它颗粒进行挤压和搬运,这就是物理过程了……请叫我救场小能手*/
)会导致遗物在不同地点之间搬运。
种子集合的照片。
左:
一个清晰火塘中的橄榄核,代表好的context(以色列铁器时代遗址Tel Dor);
右:
以色列Tel es-Safi遗址铁器时代地层中的种子。
看上去像是炭化的,但是红外光谱显示其实并没有炭化,很有可能是近现代的,明显的扰动context。
即使是在田野里经过仔细的辨认,有一些老鼠洞还是无法发现。
微观context的另一方面是,样品的埋藏环境。对于碳十四来说,这是非常重要的,因为有的化学环境不利于样品的保存,而另一些则保存良好。碳十四测年最常用的两种材料是骨胶原和炭化有机材料。第5章和第7章中分别对这两类材料的成岩作用进行了论述。
关于埋藏环境,目前没有可靠的标准来断定其中的测年材料是否保存良好,因此在实际应用中,通常会对很多可能的样品进行筛选(见后面的讨论)。
有一些经验可以纳入考虑。对骨胶原而言,富含黏土的沉积物可以减少流经地层的地下水,从而使骨胶原保存地更好,
除了前面所说的考虑之外,利用捕获电荷的测年技术对context还有额外的要求。热释光,电子自旋共振和光释光都是基于辐射导致的电子能级跃迁(第2章)。辐射可以是样品本身和/或周围环境。因此样品的保存情况和埋藏的环境对选择测年样品都是非常重要的。此外,现代的辐射剂量率也需要测量,可以将辐射灵敏的剂量计埋在沉积物中一段时间来实现。放置剂量计的宏观和微观context和样品的选择一样重要。剂量计和样品的微观context可以认为是样品周围方圆30cm的沉积物。30cm是γ射线能够穿过含水的沉积物而到达样品的距离。如果在埋藏过程中由于成岩作用导致沉积物中的矿物组成发生了变化,那么今天测量的剂量率并不能代表样品实际经历的辐射,就会导致错误的结果
/
*注意这已经不
能叫误差了
*
/
。
另外一个关键的因素是,这个30cm区域的沉积物是否均一。由不同矿物组成的大块的岩石会导致不均一,那么想正确估计样品受到的辐射,即使不是不可能,也是非常困难的。
这两个因素需要在田野工作中落实,需要了解样品周围的矿物在三维空间的分布,以及不同矿物的成岩作用历史(第3章)。
如果一个样品出自不可靠的context,那么不应该测量它
。
热释光测年最常用的材料是经过加热的燧石。其中的石英矿物微晶通常是稳定的,因此不会受到成岩作用的影响。因此所有烧过的燧石工具都可以测年。在以色列Hayonim洞穴遗址的一项研究中,石器附近不同的矿物组合都经过了分析,并且证明会影响热释光的年龄。如下图所示
Hayonim洞穴遗址的西剖面。上部主要是灰烬层,主要是硅质聚合体(第7章),而下部是一系列火塘(剖面上呈现透镜体),火塘的主要矿物组成是碳酸羟基磷灰石。上下两个不同的剂量计测出的剂量率分别是950和400μGy/年。用于测年的燧石工具来自这个剖面。
如果上层的石器误用了下层的剂量率,导致的偏差可以达到5万年
。
用于电子自旋共振测年的样品主要是牙釉质(第5章)。导致晶格内电子能级跃迁的辐射来源主要是牙齿从环境中获取的铀,另一个与热释光相同,来自环境沉积物的辐射。
由于活体牙釉质中是不含铀的,因此测量的是铀元素进入牙釉质晶体的时间。这反映了牙釉质晶体的成岩作用历史。而这一历史通常是未知的,因此需要建立模型来模拟晶体摄取铀的过程,然后得到一个可能的年代范围。如果能够将铀、钍浓度,以及晶格缺陷的密度,与牙釉质晶体的保存状况联系起来(第5章),就能为这一复杂问题提供更好的解决途径,将是非常有意义的。
已经有研究利用其它测年手段的对照认识到,后期铀迁入模型更能够经常得到一致的结果。
与热释光相比,电子自旋共振的信号受到周围环境矿物组成的影响较小。原因也很简单,因为牙齿在环境pH低于7时会溶解——这也是导致大部分矿物成盐作用的一个主要原因。(第3章)
/*换言之,在
环境pH
不稳定,矿物组成不稳定的沉积物中,我们也挖不到牙齿
因此牙齿一般只发现于矿物组成比较均匀的沉积物中。一个比较实际的后果就是,在许多洞穴遗址并不是所有层位都有牙齿发现,因为它们已经溶解了。
如果在样品半径30cm的范围内,矿物组成并不均匀,那么电子自旋共振会出现与热释光一样的问题。
这在Hayonim洞穴的测年中表现出了严重的问题。