当研究人员拿起一个物体时——无论是挖掘现场的一块皮革、博物馆抽屉里的化石还是新落下的陨石——他们的第一个问题可能是“这是什么东西？”自然的后续问题是：“多大了？”毫无疑问，第一个问题是根本性的。但第二个也很强大。它有助于将物体置于适当的考古、地质或宇宙学背景中。“如果不知道事物的年龄，就没有叙述，”华盛顿特区史密森尼国家自然历史博物馆的古人类学家里克·波茨说。
直到大约一个世纪前，研究岩石及其所含化石的研究人员只能模糊地回答年龄问题。使用地质学家在 1600 年代制定的指导方针，他们只能以相对的方式来衡量岩石的年龄：例如，如果样品 A 来自较低且推测较古老的沉积物或岩石层，则认为样品 A 比样品 B 更古老。但地球是一个充满活力的地方。缺失的地层，以及地震、山体滑坡或其他剧变的干扰，意味着即使是岩石的相对年龄也可能难以确定。地球内的骨头、工具和其他文物也是如此：以前的挖掘，甚至某个地点古代居民的日常活动，都可能会搅动土壤，从而破坏地层。
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前斯克里普斯海洋研究所的地球化学家、《1890 年代中期放射性的发现为科学家确定某些物体的绝对年龄铺平了道路》的作者 Doug Macdougall 说。大自然的时钟。他指出，在不到十年的时间里，几位物理学家提出了这样做的方法。这些方法基于以下发现：每种类型或同位素的放射性原子都有其特定的半衰期，即样品中一半原子衰变所需的时间。由于放射性衰变发生在原子核中，因此半衰期不会随环境条件而变化，从地球深处的地狱般的高温和巨大的压力到遥远太阳系的寒冷领域。这使得放射性同位素成为美妙的时钟。
如今，辐射测年法跨越了各个时代，从近代到太阳系诞生。碳 14 年代测定最适合于过去 5 万年中生活的物体或由此类生物体制成的物体——箭的木杆、莫卡辛鞋的皮革或用于编织织物或篮子的植物纤维。寿命较长的铀和钍同位素可以帮助我们深入了解地球的过去——追溯到我们星球上第一块岩石形成的时候，甚至更远的时候，追溯到我们的太阳系由气体和尘埃凝聚而成的时候。
麦克杜格尔解释说，有几种不同的方法可以利用半衰期来估算年龄。对于衰变率相对较快的同位素，研究人员确定放射性同位素相对于同一元素的其他原子的比例，并将其与新鲜样品预计含有的同位素含量进行比较。有了这些信息以及已知的半衰期，就可以估计原始样本的年龄。
这种方法适用于碳 14，碳 14 可能是放射性测年中最常用的同位素之一。当植物或动物活着时，它会从环境中吸收碳。但当有机体死亡时，这种摄入就会停止。由于碳 14 在地球大气层中以相当恒定的速率产生，因此科学家可以轻松估计生物体中应存在的该同位素的数量。
Carbon-14 的半衰期约为 5,730 年，这意味着生物体死亡 5,730 年后，原始样本中存在的一半同位素将衰变。又过了 5,730 年，剩下的碳 14 的一半已经衰变（留下原始样本量的四分之一）。最终，经过 50,000 年左右（或几乎九个半衰期）后，只剩下很少的碳 14，以至于无法对样本进行可靠的年代测定。
Macdougall 说，除了碳 14 之外，这项技术还可用于硫、硅、磷和铍的短寿命同位素。
麦克杜格尔说，另一种方法更适合半衰期长（因此衰变速度慢）的同位素。在这种方法中，科学家测量样品中特定同位素的含量，然后将其与同位素衰变时形成的各种“子产物”的含量进行比较。通过计算这些数量的比率，甚至单独计算子产物的数量比率，然后“倒转时钟”，研究人员可以估计放射性衰变首次开始的时间（即物体形成的时间）。
科学家们仍需小心。如果原始同位素或其子产物丢失到环境中，辐射时钟可以“重置”。例如，称为锆石的坚固晶体具有持久性，存在于许多岩石中。但极端温度可能会将铅（放射性铀和钍的子产物）从晶体中排出。
尽管存在潜在的挑战，科学家们还是利用放射性测年法来回答各种问题。研究人员使用铅 - 铅测年法（观察两种铅同位素，这两种铅同位素都是铀同位素的子体产物）来分析古代陨石内的包裹体；2010 年，他们报告说，这个微小的气泡大约有 45.68 亿年的历史，使其成为太阳系最早的组成部分之一。研究小组使用铝镁测年技术来确认这个伟大的时代。其他人也使用类似的技术来估计地球上已知最古老岩石的年龄（约 44 亿年）以及板块构造可能开始的时间（根据一项研究，超过 40 亿年前）。
印第安纳州西拉斐特市普渡大学的物理学家马克·卡菲 (Marc Caffee) 表示，尽管其中一些技术可以估算数十亿年前的年龄，但“它们的误差线仅为 10 万年左右”。惊叹于这些天文钟的精确度，”他补充道。
依赖于半衰期为数百万年的同位素的测年技术可用于估计长期侵蚀率，例如帮助测量峡谷形成的速度，或推断近期冰川活动的爆发。冰河时代。
波茨说，至少有六种放射性测年技术可以应用于人类和我们的亲属进化的最后几百万年。例如，通过使用氩 - 氩年代测定来确定古代火山灰层中微小晶体（在火山喷发期间形成的晶体）的年龄，研究人员估计，南方古猿 被称为露西的人生活在大约 318 万年前。波茨说，当今的考古学家和古生物学家还受益于除辐射测量方法之外的另外六种左右的绝对测年技术，扩大了可测年材料的类型。
随着时间的推移，技术的进步让研究人员能够分析越来越小的样本。反过来，这对稀有甚至是独一无二的文物或化石的破坏性也较小。芝加哥菲尔德博物馆的人类学考古学家瑞安·威廉姆斯 (Ryan Williams) 表示，曾经研究人员必须销毁大量材料样本才能进行分析，但“现在我们可以测定一颗玉米粒的年代”。
雅典佐治亚大学考古学家苏珊娜·皮拉尔·伯奇 (Suzanne Pilaar Birch) 表示，其他进步使放射性测年技术变得更便宜、更精确，使研究人员回到实验室重新分析文物。更多的样本和更高的精度会产生更精致的年表。例如，威廉姆斯和他的同事通过对秘鲁南部一个山顶遗址的近 100 个样本进行放射性碳测年，确定该遗址被人类居住了四个多世纪。
皮拉尔·伯奇指出，所有这些约会的结果正在“改变我们对过去的理解”。
