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测定物质年龄的碳-14与引起死亡的二氧化碳


实验室k / 2018-12-04

       在广袤的大自然中,有形形色色的“钟表”在不停地运行,记录下时间老人的行动轨迹,碳钟就是其中的一员。

       日本千户县风川地方的泥层中,发掘出了一些保存得很好的古莲子。科学家们测定这些种子已有3000岁了。这些种子经过培育,照样开花结了果实。

       20世纪80年代,考古人员在新體维吾尔自治区的罗布泊发现了一具褐色的年轻女尸。她的头发微卷,眼睛闭着,就像沉睡中的少女。科学家们说,这具女尸距今已有2000多年了。

       科学家是怎么知道女尸和古莲子的年龄呢?

碳元素

       原来,自从20世纪发现放射性元素和它蜕变生成的同位素后,科学家们找到了一种大自然的“钟表”——放射性碳-14,这种“碳钟”不需要人上发条,也不会受外界温度、压力等影响。亿万年来,它始终准确和不停地走动着。用它可以准确地测定一些物质的年龄。

       放射性碳-14是一种不稳定的同位素,它会不断放出射线并转化成正常的碳元素,而大气中由于天外射线的影响,又会不断地产生新的碳-14,使总量保持平衡。

       地球上的所有生物,活着的时候总是不断地吸收大气中的二氧化碳,也吸收了混合在一起的碳-14,只有当动植物死亡后,它们与外界停止了物质交换,碳-14的供应也就停止了。从这时候起,生物体内的碳-14由于不断放出射线,含量逐渐减少。大约平均每过5568年,碳-14的含量会减少50%,这段时间叫做放射性同位素的“半衰期”。要知道女尸和古莲子的生长年代,只要测定一下它们中碳-14的含量,就可以推算出来了。

       考古学家还用碳钟来确定古代文物的年代。例如,埃及古基中出土的一个船形器皿,考古学家取下器皿上的一块本片,经碳钟测定,距今约有3620年。我国考古学家使用碳钟确定西安半坡村为新石器时代遗址,距今约有6000多年的历史。

       在2.5亿年前,地球上只有一块单独的超级大陆,一个未被分裂的海洋覆盖了地球其他部分。那时候的气候很热,大洋表面的水由于吸收了绝大部分的阳光,温度升高,密度变小,因而根本流不到深处。与之相反,大洋深处的水几乎没有接收到阳光,因此变得十分冰冷和稠密,几乎是不流动的。

       当死亡的生物从水表沉到水底,它们在腐烂的过程中会逐渐从不流动的水里吸收氧气。由于几乎没有水流到深处,所以没有途径从表层水中带进新鲜的氧气。有机物在腐烂时除吸收氧气外,还要放出二氧化碳。当大洋深处水中的氧气慢慢消失时,二氧化碳的含量却越来越多。

       由于海洋中的二氧化碳越来越多,大气中的二氧化碳日趋减少,这减弱了温室效应,地球的气温开始下降。在几千万年里第一次出现了南北极的冰川,冰川附近的地表水变冷,密度增大,这引起了海水的流动,当装载着丰富二氧化碳的深层水流到浅水河区时,物种的灭绝开始了,许多海洋生物由于呼吸不到新鲜的氧气而死去了。

       在二氧化碳杀死大部分海洋生物后,由于压力的减轻,它在水中的溶解度变小,大量的二氧化碳纷纷追出海面,进入大气中。随着温室效应的加强,地球上的气候重新变热。快速的气候变化使生活在陆地上的生物日子也很难过,那些适应不了气候变化的生物大批大批地灭绝了,只有大约5%适应能力很强的物种才侥幸活了下来。

       这就是科学家对发生在2.5亿年前的那次生物大灭绝的原因所作的推测。


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