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用原子弹鉴定无名尸与古董酒,这也行?

碳-12 碳-14 核弹曲线 定年 名画 无名尸 葡萄酒

游识猷 发表于  2017-09-13 15:14

在世界上还有两个超级大国时,美国先搞出了原子弹。1949年,苏联也爆了颗 “斯大林1号”。美国一看这还了得?三年后就爆了颗氢弹。苏联又咬牙跟上。美国又再度加码……总之,从1951年到1962年的11年里,两个超级大国几乎年年换着花样地炸蘑菇云。直到苏联炸了枚5000万吨TNT当量的超级氢弹“沙皇”——这东西的威力等于广岛长崎那两颗原子弹加起来再乘以1400倍……到了这地步,大家都思收手了,否则哪天一失控,没准就人类全灭。

再说了,这几年你俩倒是炮仗放得欢,可知空气被污染?放射性灰烬都四处飘了好吗?别的不说,你看看大气里的碳-14

图片来源:wikipedia

最常见的碳原子是碳-12。碳-14比碳-12多出两中子,这东西在大气里本来就有,只是含量特别少,大概是在10^-12这个数量级——少到什么程度呢?打个比方,假如是从地球去月球又回地球又去月球这么折腾三趟的总距离的大气,里面也就1毫米是碳-14。

在过去十万年里,大气里的碳-14含量基本没变。直到美苏开始放烟花,把稳了十万年的碳-14含量翻了一番。从奥地利和新西兰的测量数据看,全球大气里的碳-14从1955年开始显著上升,在1963年达到最高峰,然后生物圈开始慢慢吸收碳-14,大气里的含量也随之下降。1955年是道分界线,活过1955年的生命,呼吸间都带着来自核弹的微尘

这就是著名的“核弹曲线”(bomb curve)。在大部分人还在忧虑这些放射性对人类造成的健康威胁时,法医学家和物理学家已经开始琢磨另一件事:这曲线,好像可以用来定年啊!

1955年开始,全球大气的碳-14含量开始显著上升,1963年达到最高峰。原图来源:New Scientist

这种“事已至此,不如搞搞新意思”的原则(或者说无原则)让科学家有种毫无人性的气质。不过这事确实可行,原理是这样的,生物活着时会跟外界不断交换物质,于是组织里的碳-14含量会跟合成当时的大气含量持平。有些组织合成后就基本“固定不变”,比如人眼睛里的晶状体差不多在1~2岁时形成,牙釉质差不多在12岁时形成——测量这些组织里的碳-14含量,就能大致估出一个人的出生年份(只要生于1955年后)。有些组织则一直在更新,直到人死亡才停止,比如毛发、皮肤和指甲——测量这些组织里的碳-14含量,就能大致估出一个人的死亡年份(只要死于1955年后)。死亡年份减去出生年份就是年纪。

那些损毁严重的无名尸,从前只能通过看牙齿和骨骼磨损的程度来大致估算年纪,误差在5~10年。如今用碳-14的核弹曲线,误差能控制在1.6年。2004年东南亚那场大海啸里,核弹曲线就帮忙查出了许多遇难者的身份。在动植物保护上,核弹曲线也立了功——你说这是100年前的象牙所以可以合法进口?碳-14一测就知道这只大象殁于哪年,那支犀牛角的主人何时闭眼,还有家具里那株红木倒下的时间。

同样的办法还被拿来定其他生物制品的年代,比如名画。意大利物理学家就发现一幅据称是法国画家费尔南德•莱热(Fernand Leger)1914年左右的画,制成画布的棉与麻却生长在1959年后。

碳-14定年发现,这幅藏品的画布是在1959年后才制成的,而费尔南德•莱热1955年就去世了。图片来源:Peggy Guggenheim Collection

又比如年头长点的。澳大利亚阿德莱德的科学家去测市售葡萄酒里的碳-14含量,发现那些最贵的酒里至少5%在生产年份上造了假。当碳-14含量提示一瓶1787拉菲酒里的葡萄沐浴过冷战后的核尘埃,场面就会比较尴尬。中科院的科学家也测过名贵白酒的碳-14,发现因为发酵工艺不同,浓香型白酒的碳-14年一般跟窖藏年代在同一年,酱香型白酒的碳-14年则应比窖藏年代还要早个2~3年,符合这规律的才是真货。年份造假的白酒占了多少呢?实验没做下去,可能酒厂不肯支持研究经费。

不过,这么灵的定年法我们用不了多久了。冷战核试验的微尘被生物圈吸收了这么多年,已经降了十之八九。再加上这几年大家拼命碳排放——烧的煤炭石油那都是几百万年衰变下来的纯碳-12——于是进一步稀释了大气里的碳-14。预计到2030年左右,大气里的碳-14又将回到十万年来的稳定值。在那之后,无名尸与古董酒的定年将再次回到迷雾之中——除非哪个国家再丧心病狂地在地表爆几颗超大当量核弹。但,似乎这样的事情,也不完全是天方夜谭。(编辑:odette)

题图来源:paolofalcioni/pixabay

参考文献

  1. Lynnerup N, Kjeldsen H, Heegaard S, Jacobsen C, Heinemeier J (2008) Radiocarbon Dating of the Human Eye Lens Crystallines Reveal Proteins without Carbon Turnover throughout Life. PLoS One 3(1): e1529. doi:10.1371/journal.pone.0001529  
  2. Spalding, K. L., Buchholz, B. A., Bergman, L. E., Druid, H., & Frisén, J. (2005). Forensics: age written in teeth by nuclear tests. Nature, 437(7057), 333-334.
  3. Cheng, P, Zhou, WJ, Burr, GS, Fu, YC, Fan, YK, Wu, SG. Authentication of Chinese vintage liquors using bomb-pulse 14C. Sci. Rep. 6, 38381; doi: 10.1038/srep38381 (2016).
  4. Graven, H. D. (2015). Impact of fossil fuel emissions on atmospheric radiocarbon and various applications of radiocarbon over this century. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(31), 9542-9545.
  5. Walton, A. (1966). Man-Made Carbon-14—A Potential Aid to Forensic Science Investigations. Journal of the Forensic Science Society, 6(1), 2-6.

热门评论

  • 2017-09-13 15:24 天降龙虾

    要不要给金小胖颁发个“年份鉴定贡献奖”?????

    [43] 评论
  • 2017-09-13 18:00 Karlson

    为了方便记年,我们还是每隔50年爆一个5000万吨TNT当量的氢弹吧

    [5] 评论

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全部评论(13)
  • 1楼
    2017-09-13 15:24 天降龙虾

    要不要给金小胖颁发个“年份鉴定贡献奖”?????

    [43] 评论
  • 2楼
    2017-09-13 18:00 Karlson

    为了方便记年,我们还是每隔50年爆一个5000万吨TNT当量的氢弹吧

    [5] 评论
  • 3楼
    2017-09-14 09:21 samlinlin
    引用文章内容:在动植物保护上,核弹曲线也立了功——你说这是100年前的象牙所以可以合法进口?碳-14一测就知道这只大象殁于哪年,那支犀牛角的主人何时闭眼,还有家具里那株红木倒下的时间。

    大象的牙釉质不是到死之前都在更新吧?犀牛角也是根部生长出来的死物吧?红木木质部在树倒下之前很久就是死物了吧?

    [0] 评论
  • 4楼
    2017-09-14 10:02 改昵称是个技术活

    晶状体长出来之后就不更新了? 材料不会老化吗?

    [0] 评论
  • 5楼
    2017-09-14 15:43 刘公子是小布尔乔亚
    引用@改昵称是个技术活 的话:晶状体长出来之后就不更新了? 材料不会老化吗?

    老眼昏花?

    [0] 评论
  • 6楼
    2017-09-14 23:13 GCMtemp-1

    这个先上升后下降的曲线用来定年的话,会不会出现两个可能的结果啊?

    [1] 评论
  • 7楼
    2017-09-15 01:05 Nero_ZYX

    总觉得这篇看起来好眼熟。

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  • 8楼
    2017-09-15 02:16 未风
    引用@GCMtemp-1 的话:这个先上升后下降的曲线用来定年的话,会不会出现两个可能的结果啊?

    会先用别的方法确定年代范围,然后再用碳-14精确定年。

    [0] 评论
  • 9楼
    2017-09-17 16:26 布拉德雷祭司的马甲

    金三胖拯救了碳-14


    来自 果壳的壳
    [1] 评论
  • 10楼
    2017-09-17 19:16 七黄
    引用@samlinlin 的话: 大象的牙釉质不是到死之前都在更新吧?犀牛角也是根部生长出来的死物吧?红木木质部在树倒下之前很久就是死物了吧?

    三胖又人为添加碳14了

    [0] 评论
  • 11楼
    2017-09-20 12:23 夜莺6077

    金三胖正在为做好这项工作努力着

    [1] 评论
  • 12楼
    2017-09-27 02:40 halfcuotea

    三胖功在千秋

    [0] 评论
  • 13楼
    2017-10-09 00:42 秋风(*๓´╰╯`๓

    考得好有哲学性

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游识猷
游识猷 遗传学硕士,科学松鼠会成员

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