如何判断化石的年代？

　　14700年前，旧石器时代的猎人曾在如今的墨西哥设下陷阱、捕捉猛犸象；5.5亿年前，一头不知名的海洋生物曾在沙地上留下了自己的足迹；16万年前，神秘的丹尼索瓦人来到了南亚地区；8000万年前，一头恐龙产下了一枚蛋，但并未孵化。

　　确定这些化石的年龄可以帮助我们判断其所属的时期、进行正确的时间排序。假如没有了这项技能，考古学家和古生物学家都会变得茫然无措。但我们这些普通人要么将这项本领视作理所当然，要么对其一知半解。在本文中，我们将向你介绍一些化石年龄的测定方法。

　　如果没有现代测年技术的加持，地球历史上的许多重要时刻都将不为人知。当然，科学家可以看出这些猛犸象的骨头、石灰岩中铭刻的线条、以及奇特的人类下颚骨都非常古老，但如果无法得知它们的准确年龄，这种判断也就毫无意义了。测不出精确的年龄，科学家就无法将这些化石放在特定的进化或地质学背景下进行考察、或是开展对比分析，其它重现远古历史的任务也根本无法完成。

　　从认识论角度来看，化石年代的测定同样具有重要意义。《圣经》的信奉者们简称，地球年龄只有6000岁。而根据现代测年技术，这种言论简直大错特错。可以毫不夸张地说，精确的化石年代测定可以让我们真正认识自身、以及了解自己在宇宙中的位置。

　　找到正确的化石

　　早从数百年前开始，科学家就在尝试判定化石年龄了。如今，各种化石测年技术与方法已经相当先进。当然，这并不意味着这个过程轻而易举、毫无挑战，并且这些技术依然有进步空间。

　　化石测年的第一步是，确保研究对象真的是一块化石。这话听着奇怪，但其实不无道理。因为许多被送到科学家那里分析的东西其实并不是化石，只是长得和化石很像而已。

　　“这些东西可能只是岩石上的刻痕、石头上不均匀的侵蚀痕迹、或者岩石上某种‘长相奇特’的矿物质，显得它仿佛曾经有过生命一样。”因斯布鲁克大学地质学家与激光断代专家迈克尔·梅耶解释道，“因为许多人并不清楚化石是如何形成的，而且人类总是倾向于‘辨认出’自己认识的形状，所以总有人以为自己发现的石头也许是一块化石。”

　　曾有人给梅耶送去过一些所谓的“足部”和“鸭子”化石，但最终证明，这些只是长相奇特的石块而已。至于哪些东西可以算作化石，梅耶给出了两种比较宽泛的定义：化石可以是过去生命留下的任何痕迹，一般是变为石块的有机质；或者只要是古代生命留下的任何迹象即可。

　　加州理工学院人类学家布里吉特·艾利克斯表示，研究人员有时会找错断代的对象。例如，考古学家可能想弄清一座古代城市被毁灭的具体时间，于是对遗址中发现的一些烧焦的木炭或骨骼进行了断代分析，但这些东西并不一定与城市的毁灭直接相关。或者说，考古学家想测定一块尼安德特人骨骼的年龄，结果错拿了附近一头动物的骨头，而这头动物“也许是在多年之后才误入岩洞、死在了这里的，与尼安德特人没有一点关系。”艾利克斯强调，“找到能够解答你的问题的正确化石”，是一项重大挑战。

　　幸运的是，“几乎任何东西都可以进行年代测定，但时间、资金、以及发现化石的环境，都是阻碍化石断代的最大问题。”梅耶指出，“因为给化石断代是一项非常繁重的工作。”

　　在原始环境中发现的化石是最容易断代的，因为化石本身、以及化石周围的信息量都很充足。相比之下，在其它环境中发现的化石（比如一枚在井下埋藏了85年、但真实年龄足有14万年的头骨）则难以进行年代测定、并且成本高昂。至于年代测定是否有上限，如果不考虑时间和资金问题，那么答案就是“没有”。地球上最古老的岩石可以追溯到37.7亿至39.5亿年前，而最古老的化石可追溯至约34.2亿年前。

　　科学家通常会将两种测年方法结合使用：相对测年法与绝对测年法。相对测年法是指，将化石按“最古老”到“最年轻”的顺序排序；而绝对测年法则是指确定某个物体所处的具体年代。

　　埋得越深，（也许就）越古老

　　相对测年法从18世纪就开始采用了，而且除了铲子之外，基本不需要用到其它技术。艾利克斯指出，最简单的测年方法往往是最准确的，最终得出的数据也是最有用的。

　　艾利克斯解释道，相对测年法的逻辑一般是“东西埋得越深，一般就越古老”。梅耶指出，这就是所谓的“层序律”：“比较古老的物质一般都会埋在比较年轻的物质下面，就像一堆脏衣服一样。”早年一位名叫查尔斯·莱伊尔的地质学家就将相对测年法发挥到了极致。他通过拥有现存亲属物种的动物在岩石中所占的比例，总结出了一张简单的年代分布图，在无法精确测定年代的情况下，判定了不同物种的相对生活时间。在此基础上，他率先提出了更新世、上新世、中新世、以及渐新世等第一批远古地质年代的名称。

　　艾利克斯指出，在同一环境中发现多件物品时，也可以采用相对测年法。例如，如果发现了一枚标有日期的硬币，就可以用其判断周围物品或化石的年代。又例如，假如在一枚猛犸象头骨近旁发现了一具人类骸骨，就说明二者同属于冰河时代晚期。

　　但相对测年法存在一大缺陷：研究对象可能会受到污染。艾利克斯指出，负责任的科学家“会假定这些物品之前被移动过，也清楚自己研究的不是一块无人碰过的蛋糕，最底层的物质一定最古老。”结冰、解冻、昆虫行为、人类活动……这些都会对考古遗迹的完整性造成影响。科学家需要时刻留意这些“宏观污染”的痕迹，然后交给地质考古学家进行分析，因为后者的专长便是识别这一类污染问题。

　　化学钟

　　采用绝对测年法，科学家可以精确判断化石的年份、或是大致的年份范围。梅耶解释道，绝对测年法“利用化学或物理原理推断出化石的确切年代，可以将误差控制在一定范围内”。这种方法又叫“精密测年法”，以放射性物质衰变为基础。放射性元素的衰变是可以预测、有章可循的，相当于为我们提供了一台精确、可靠的时钟。

　　目前最佳的精密测年法为放射性碳测年法。用艾利克斯的话来说，这项技术“使考古学界发生了革命性的变化”。任何由生物遗留下来的物质都可以用该技术断代，包括骨骼、牙齿、树叶、树皮等等。

　　碳测年法的原理是，将样本中放射性碳与普通碳的占比进行比较。放射性碳不够稳定，随着时间的流逝，其能量也会不断流失，最终衰变成氮元素。“放射性碳的衰变速度是可以预测的，”艾利克斯指出，“生物一旦死亡，体内的放射性碳（特别是同位素碳14）就会开始衰变，半衰期为5730年。也就是说，每过5730年，有机样本中遗留的碳14的量就会减少一半。该方法的问题在于，这些有机化石的年龄不得超过6万年，才能精确测定其所处年代，因为如果样本过于古老，尚未衰变的放射性碳便已所剩无几，很容易受到环境的影响。”

　　对于碳测年法而言，污染也是一大问题。化石中很容易沾染与之无关的其它有机质，导致测出的年龄比其实际年龄要短。艾利克斯指出，这种情况即使在实验室中也会出现。不过近几年来，科学家发明了一些新方法，比如清洁化石、提取其中的胶原质等等，可以有效避免这种情况的发生。

　　对于年龄超过6万年的化石，科学家可以通过测定化石周围的无机沉积物或矿物质的年龄，间接推断出化石的年代。例如，光释光（OSL）测年法可以测出土壤中特定矿物质最后一次暴露在阳光下的时间，从而为某件物品被埋入地下的时间提供一个大致范围。在使用光释光测年法时，必须将样本避光保存，否则就会失效。热释光测年法则可以测定出某物最后一次被加热的时间，“比如某件石制工具何时被加热过、或被火烧过。”而铀系测年法和电子自旋共振测年法可以测定同位素的衰变情况，可以确定化石的绝对年代。

　　马克斯·普朗克人类历史科学研究所的考古学家艾莉诺·赛利指出，人们对精密测年法有一种误解，认为这项工作“一般都是在实验室中进行的”。但实际上，为了弄清化石的年龄，科学家“还需要了解考古遗迹的形成过程、沉积物是否换过位置、是否保留了原始状态”。这个问题与使用相对测年法时的污染问题很类似，在考古遗址被发掘前的成千上万年间，沉积物的位置可能会有所变动，水流可能将化石或古器物冲到其它地方、与最初的埋藏点相距甚远。“如果送到实验室的样本不好，无论测年法有多么精确，结果都不可能理想。”

　　精密测年法的确强大，但正所谓能力越大、责任越大。赛利指出，科学家必须弄清自己的测年对象究竟为何物，并且尽量多使用几种测年方法。

　　“我们之前发现了一个深不可测的岩洞，里面满是骨骼化石。”赛利表示，“通过对外层物质进行放射碳年代测定，我们了解到，这些化石全都是在一次洪水中被冲进这个岩洞中的。但我们相信，这些骨骼的真实年龄其实要古老得多。”目前，该团队正在利用铀系测年法和电子自旋共振测年法解决这一问题。

　　“如果这些骨骼样本的测年结果相差很大，就说明这些化石分属不同年代，只不过被一次大规模洪水一起冲到了这里。”赛利解释道，“但即使测得的结果相差不大，这些化石形成的年代仍有可能远远早于在岩洞中沉积下来的年代。”

　　科学家应尽量使用多种测年技术，给测得的化石年龄增加一重佐证。

　　到目前为止，这些技术还仅被用于测定地球上发现的化石年龄。不过，考虑到人类正在计划前往火星收集样本，形势也可能有所变化。因此，这些测年技术除了帮助我们了解自己的过去之外，有朝一日或许还能告诉我们，火星上是否曾经（或者何时）有过生命。