放射性碳定年計算器
依碳14實測活度與初始活度,使用標準放射性衰變方程式估算樣本年齡。
碳14年齡計算
比較目前碳14活度與初始活度,估算經過的時間。
關於放射性碳定年
放射性碳定年透過測量碳14,估算曾經存活的材料之年齡。碳14是在高層大氣中持續形成的放射性同位素。植物透過光合作用吸收大氣中的碳,動物則從食物取得碳。生物存活時,與環境的交換使其碳14比例大致隨大氣變化。死亡後交換停止,原有碳14因放射性衰變逐漸減少,而穩定碳仍保留下來。
本計算器將樣本的碳14實測量或活度,與估計的初始值比較。這些數值可為百分比、每分鐘衰變次數或其他一致的度量,因為方程式只使用兩者的比值。年齡等於半衰期除以二的自然對數,再乘以初始活度除以實測活度之比值的自然對數。初始100單位、實測25單位表示剩餘四分之一,也就是經過兩個半衰期。若半衰期為5,730年,年齡即為11,460年。
5,730年是碳14現代常用的半衰期值。部分歷史報告使用約5,568年的利比半衰期,再進行校正。此欄位可編輯,以配合特定資料來源的慣例,但不應在未記錄選擇的情況下混用數值。結果單位僅是標籤,變更它不會換算已輸入的半衰期,因此標籤應符合半衰期的時間尺度。
實際放射性碳實驗室的工作不只是把數字代入公式。它們會清理樣本以移除污染,使用校準儀器測量同位素比值,修正同位素分化,並將傳統放射性碳年齡與校正曲線比較。大氣碳14曾隨時間變化,因此放射性碳年齡不會自動等同於曆年年齡。以樹輪及其他紀錄建立的校正資料,可將測量結果轉為曆年尺度上的機率區間。
古老樣本剩餘的碳14比例很小,污染因此可能造成明顯偏差。處理時混入的現代碳會讓樣本顯得較年輕,某些環境中的古老碳則可能讓它顯得較老。海洋儲庫效應、地下水化學、重複使用的木材,以及不確定的考古脈絡,也會影響判讀。超過約50,000年後,剩餘活度可能太低,無法可靠地進行常規定年。
請將結果用於教學性的指數衰變估算,或核對報告中的活度比。它不能取代實驗室前處理、不確定度分析、校正或考古詮釋。作為研究決策依據時,應隨計算年齡保留測量誤差、實驗室背景值、參考標準、半衰期慣例及校正方法。清楚揭露假設十分重要,因為即使算術結果精確,若樣本歷史或初始碳假設有誤,歷史年代仍可能不準確。
放射性碳定年範例
這些比值說明剩餘活度越低,對應年齡越大。
| 碳14數值 | 估算年齡 | 範例 |
|---|---|---|
| 實測25,初始100,半衰期5,730年 | 11,460年 | 一件古代木製工具,活度剩下初始值的四分之一。 |
| 實測12,初始100,半衰期5,730年 | 約17,527年 | 一份剩餘碳14相對較少的植物化石。 |
| 實測40,初始100,半衰期5,730年 | 約7,575年 | 一塊保留初始活度百分之四十的動物骨骼。 |
| 實測15 dpm,初始60 dpm,半衰期5,730年 | 11,460年 | 絕對活度的比值為四分之一時,會得到相同年齡。 |
如何估算放射性碳年齡
- 輸入樣本的碳14實測量或活度。
- 以相同單位輸入對應的初始量或參考活度。
- 確認碳14半衰期,並輸入該數值使用的時間單位標籤。
- 選擇「計算年齡」,查看估算年齡與衰變常數。
- 判讀曆年年齡前,請納入實驗室不確定度並套用合適的校正曲線。
放射性碳定年常見問題
為什麼實測與初始活度必須使用相同單位?
方程式取決於兩者的比值,因此單位必須相消。混用百分比、質量或活度尺度會產生無效比值,進而得到無效年齡。
為什麼放射性碳年齡需要校正?
大氣碳14濃度隨時間改變,因此單純的衰變年齡不同於曆年年齡。校正曲線利用獨立定年的紀錄來反映這些變化。
碳14定年的有效年齡範圍是多少?
它最適合約50,000年以內、曾經存活的材料。更古老的樣本殘留碳14極少,污染及儀器背景值可能成為主要影響。
放射性碳定年能測定岩石年齡嗎?
通常不能,因為碳14測定的是有機碳,而非礦物形成的時間。若脈絡明確,可用來測定相關木炭、貝殼或其他含碳材料。
如果實測活度超過初始活度會怎樣?
基本模型會得到負年齡,對定年沒有意義。請重新檢查單位、參考活度、污染,以及模型假設是否適用於樣本。