碳十四又被稱作人類的放射性時鐘。之所以有此，在于它的紀年特性。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而生成。生成的碳十四與氧作用生成二氧化碳，隨氣流流動使其分布均勻，然后進入水圈、巖石圈、生物圈等。進入生物圈中的含有碳十四的二氧化碳通過光合作用進入植物體，之后再通過食物鏈吸收進入人類或動物體中。在這樣一個不斷產(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交換平衡狀態(tài)。當生物死亡后，交換過程停止了，其體內(nèi)碳十四隨時間衰變，越來越少。這樣，我們通過對殘余碳十四水平的檢測，就可得到其死亡年代。這就是碳十四測年的原理。

 

碳十四測年方法是在上世紀40年代末由美國科學家利貝創(chuàng)建的。50年代末，在著名考古學家夏鼐先生的親自關懷和支持下，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，開始從事碳十四實驗室的建立工作。在設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外帶回的一本英文資料，自力更生、因陋就簡，經(jīng)過幾年的努力，建起了國內(nèi)第一個碳十四實驗室。隨后中科院地質(zhì)所、北京大學等碳十四實驗室也相繼建立，有力地推動了碳十四測年方法在我國的應用和發(fā)展。截至上世紀90年代，應用于文物考古領域中的碳十四測年數(shù)據(jù)已達兩千余個，建立了舊石器晚期以來的史前考古學年代序列，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，考古學界對碳十三的認識最初是源于對于碳十四年代的校正。生物體中存在著分餾效應，即化學性質(zhì)相同而原子質(zhì)量不同的同位素在參與各種化學或生理變化過程中，由于活潑程度不同，使反應前后的同位素組成發(fā)生改變。這種分餾效應使得生物體內(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應關系，且碳十三比值可以通過質(zhì)譜測量得到，因而要通過碳十三分析對碳十四的年代進行校正。當上世紀60年代初科學家利貝捧回碳十四測年方法的諾貝爾獎時，緊接著在第二年美國的另一位科學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，共同承擔起考古學研究的重任。因為古人類食物結構研究中的主食分析依據(jù)的正是光合作用途徑的研究。

近兩年實驗室在配合考古發(fā)掘工作中對于山東教場鋪、青海喇家等史前遺址進行了人骨分析，獲得了一些新的信息，成為以往研究中的補充。如教場鋪遺址，考古學家在發(fā)掘中發(fā)現(xiàn)了小米和稻米，但據(jù)此難以判斷當時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)已占了相當大的比重。