李寻的酒吧:碳十四可以用于年份酒时间的测定吗?



李寻的酒吧:碳十四可以用于年份酒时间的测定吗?


国内也有研究人员提出 , 用14C方法可以测试年份酒(白酒、黄酒、葡萄酒)的储存时间 。 由于放射性同位素14C测年是一个相对专业的领域 , 普通的酒友对这种测年方法还比较陌生 , 所以我觉得有必要讨论一下 。
一、14C测年的基本原理
【李寻的酒吧:碳十四可以用于年份酒时间的测定吗?】14C是碳的同位素的一种 , 是放射性同位素 。 所谓同位素就是原子序数相同、原子质量不同的元素 。 它们在元素化学周期表中占有同一位置 , 同位素有的是稳定的 , 有的是不稳定的 , 不稳定的同位素又称放射性同位素 , 放射性同位素它的原子核将自发地发生变化而放射出某一种粒子(如 α、β、γ等) , 即所谓核衰变(或核蜕变) 。 碳元素有15种同位素 , 其中有稳定同位素 , 如12C、13C , 也有不稳定的放射性同位素14C 。
根据目前主流的观点 , 认为放射性同位素14C是宇宙射线的中子穿过大气层时碰撞到空气中的氮核(14N)发生核反应而产生的 ,  即: 。 主流观点认为在土壤和岩石中没有14C , 只在大气中存在14C 。 大气中的放射性同位素14C与氧化合生成放射性的二氧化碳 (14CO2) , 14CO2通过光合作用进入植物体内 , 植物只有活着的时候才能吸收含有14C的二氧化碳 , 死后吸收活动就停止了 , 14C不再得到补充 , 其生物遗骸内的14C就成为一个固定的值(初始值)[1

放射性同位素会衰变 , 衰变的快慢通常用“半衰期”来表示 , 半衰期即一定数量的放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需的时间 。 生物死亡后体内14C放出一个电子重新蜕变14N , 14C半衰期为5730年 , 即经过5730年后14C的含量就减少为原来的一半 , 经过11460年后减少为原来的四分之一 , 以此类推 , 可以根据生物遗骸中14C的含量来求出它死亡的年代[2

这种方法已经被用于考古学 , 目前认为是一种比较可靠的方法 , 14C方法也有它的局限性 , 14C半衰期是5730±40年 , 14C测年范围比较短 , 超过八万年以上的测的就不准了 , 一般用于100年到5万年之间的生物残骸测年 。
二、14C方法用于测量酒龄是否合适?
1.酒的碳源不同
14C测年方法 , 如果说它是可靠的 , 它针对的是哪一个具体的生物?该方法是针对着一个具体的生物来测量的 , 比如是一棵树或者是一株玉米 , 这个生物在活着的时候吸收的碳源里面含有14C的化合物 , 死亡后就不吸收了 , 14C就存在一个稳定的数量 。
酒不一样 , 酒中的碳源就不一样 。 酒中的碳源 , 它是来自多种作物 , 我们知道的有高粱、玉米、大米、小麦、大麦、豌豆等等 。 多种碳的来源 , 原始的生物汇集碳的能力就不一样 , 所以可能原始14C同位素数量就不一样 , 混合之后又会产生一个新的14C数量 , 基准值怎么测定?各种不同碳源混合的混合物和一个相对稳定的一个具体的生物个体 , 由于它们原始的14C含量不同 , 那么 , 14C测年方法 , 能否直接用到混合物的年龄的检测上 , 这是要有疑问的 。
2.不同碳源中14C含量不同
研究显示 , 在自然环境中 , 存在一种所谓的“死碳”现象 , 碳一般都是第四纪以前的 其中初始存在的14C原子早已衰变耗尽 这种不含14C的“老碳”被称之为“死碳” , 也就是不含14C的含碳化合物 , 比如石灰岩(碳酸钙) , 碳酸钙不含14C , 但碳酸钙容易被环境的水(含酸)溶解 , 它溶解之后水就进入了土壤 , 在石灰岩地区生长的作物天然富集的14C数量就少于非石灰岩地区的 , 所以 , 根据生物体中天然存在的14C数量测其年龄 , 其14C表观年龄要偏老 。
1977年 , 中国社会科学院考古研究所和北京大学14C实验室在典型的石灰岩地区桂林采集了稻米、木头、新鲜贝类、石花等样品测得的表观年龄就存在不同程度的偏老 。 按照这次测量的结果 , 显示环境中所谓“死碳”对14C测量是有重要影响的 。 那么 , 对酒来讲 , 在贵州的石灰岩地区生产的糯高粱和在东北的黑土地生产粳高粱 , 我推测 , 它可能天然的14C富集数量就不一样 。 石灰岩地区的14C含量是相对少 , 等同于年龄偏老 。 这个实验表明 , 在现在不同地区的生物 , 由于受到地下水或者岩石的影响 , 14C测年会不准确[3

3.大气环境中14C的总量也并不稳定
相关的学者已经注意到 , 在近100年之间 , 由于化石燃料的排放使大气中不含14C的二氧化碳总量增加含14C的二氧化碳比例开始降低 。 这些不含14C的 CO2通过交换和循环影响到近百年来生长的植物14C放射性比度 从而使得植物的CO2放射性比度相应降低 造成物质14C表观年龄偏老(Suess效应) 。 另一方面 , 大规模进行的大气核爆炸实验也能对大气14C造成影响 。 核爆炸试验所产生的中子同宇宙射线中子一样与大气氮作用生成14C这些14C参加自然界的碳循环使各交换储库中14C放射性比度大为增加 。 目前大气14C放射性比度高出原来平衡值约30%(核爆效应) 。 无论是Suess效应还是核爆效应都会影响大气环境中的14C的总量 , 以致近年来生长的生物其14C放射性已不能代表古代样品的原始放射性 。 有学者就指出来 , 在近百年之间的生长物 , 已经不能作为14C现代碳物质 , 不能作为测年的基础 , 他们认为14C方法能测定的年代范围是100到5万年左右之间的样品[3

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