碳十四又被稱作人類的放射性時(shí)鐘。之所以有此，在于它的紀(jì)年特性。碳十四是一種放射性同位素，半衰期為5730年。也就是說每過5730年，其數(shù)量就衰減一半。它由宇宙中子射線與大氣中的氮反應(yīng)而生成。生成的碳十四與氧作用生成二氧化碳，隨氣流流動(dòng)使其分布均勻，然后進(jìn)入水圈、巖石圈、生物圈等。進(jìn)入生物圈中的含有碳十四的二氧化碳通過光合作用進(jìn)入植物體，之后再通過食物鏈吸收進(jìn)入人類或動(dòng)物體中。在這樣一個(gè)不斷產(chǎn)生、不斷吸收、不斷衰變的過程中，生物體中的碳十四與大氣之間總是處于一個(gè)交換平衡狀態(tài)。當(dāng)生物死亡后，交換過程停止了，其體內(nèi)碳十四隨時(shí)間衰變，越來越少。這樣，我們通過對(duì)殘余碳十四水平的檢測(cè)，就可得到其死亡年代。這就是碳十四測(cè)年的原理。

 

碳十四測(cè)年方法是在上世紀(jì)40年代末由美國(guó)科學(xué)家利貝創(chuàng)建的。50年代末，在著名考古學(xué)家夏鼐先生的親自關(guān)懷和支持下，原在中科院高能物理研究所工作的仇士華和蔡蓮珍兩位先生調(diào)入考古所，開始從事碳十四實(shí)驗(yàn)室的建立工作。在設(shè)備和資金都比較匱乏的情況下，兩位先生白手起家，僅憑著夏鼐先生從國(guó)外帶回的一本英文資料，自力更生、因陋就簡(jiǎn)，經(jīng)過幾年的努力，建起了國(guó)內(nèi)第一個(gè)碳十四實(shí)驗(yàn)室。隨后中科院地質(zhì)所、北京大學(xué)等碳十四實(shí)驗(yàn)室也相繼建立，有力地推動(dòng)了碳十四測(cè)年方法在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展。截至上世紀(jì)90年代，應(yīng)用于文物考古領(lǐng)域中的碳十四測(cè)年數(shù)據(jù)已達(dá)兩千余個(gè)，建立了舊石器晚期以來的史前考古學(xué)年代序列，為考古、文物研究提供了依據(jù)。

碳的另一同位素碳十三是穩(wěn)定同位素，考古學(xué)界對(duì)碳十三的認(rèn)識(shí)最初是源于對(duì)于碳十四年代的校正。生物體中存在著分餾效應(yīng)，即化學(xué)性質(zhì)相同而原子質(zhì)量不同的同位素在參與各種化學(xué)或生理變化過程中，由于活潑程度不同，使反應(yīng)前后的同位素組成發(fā)生改變。這種分餾效應(yīng)使得生物體內(nèi)的碳十四水平與大氣之間產(chǎn)生偏離，而碳十三變化與碳十四變化之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且碳十三比值可以通過質(zhì)譜測(cè)量得到，因而要通過碳十三分析對(duì)碳十四的年代進(jìn)行校正。當(dāng)上世紀(jì)60年代初科學(xué)家利貝捧回碳十四測(cè)年方法的諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，緊接著在第二年美國(guó)的另一位科學(xué)家卡爾文由于碳十三光合作用途徑的研究也獲得了同樣的殊榮。而誰也沒料到的是，多年之后兩種方法又不約而同地走到了一起，共同承擔(dān)起考古學(xué)研究的重任。因?yàn)楣湃祟愂澄锝Y(jié)構(gòu)研究中的主食分析依據(jù)的正是光合作用途徑的研究。

近兩年實(shí)驗(yàn)室在配合考古發(fā)掘工作中對(duì)于山東教場(chǎng)鋪、青海喇家等史前遺址進(jìn)行了人骨分析，獲得了一些新的信息，成為以往研究中的補(bǔ)充。如教場(chǎng)鋪遺址，考古學(xué)家在發(fā)掘中發(fā)現(xiàn)了小米和稻米，但據(jù)此難以判斷當(dāng)時(shí)這里的人是怎樣的主食狀況。通過遺址中10例人骨的碳十三分析可以看出，其主食中C4類植物平均值為96%，也即人們主食中的小米成分是相當(dāng)大的。通過取遺址人骨分析，得知喇家遺址人的主食中小米類占100%。由此可以推斷距今4000千年左右的喇家栽培農(nóng)業(yè)已占了相當(dāng)大的比重。