碳十四测年技术利用碳十四同位素的放射性衰变测定古代生物遗存的年代，这一方法于20世纪中叶开发并引入我国，已经在很多考古学研究课题中得到应用。碳十四同位素的半衰期约为5730年，适用于五万年以内考古遗址的年代测定。能够用于碳十四测年的材料包括一切曾与大气处于碳交换平衡、后退出碳循环的含碳物质，如吸收大气二氧化碳进行光合作用的植物、以植物为食物来源的动物和人类，以及在大气中或动植物体内结晶形成的碳酸盐矿物等。

　　不同材料适用不同的处理方法。测年材料和方法的选择，需要综合考虑多种因素。第一，样品的可获得性，常规法测定需要大量样品，而加速器质谱的应用使得单颗植物种子（如稻、麦）测年成为可能，但样品量过小也会放大测量误差，因此对于更小的植物种子（如粟、黍），仍需混合多颗种子得到混合的年龄。第二，样品处理过程能否提取有效成分、去除污染，是否引入外源污染等。第三，样品材料的生长周期。如木材可生长几十年甚至几百年，大于加速器质谱的测年误差，若采样位置为内层树轮，则测年结果可能早于样品埋藏年代，这种现象通常称作“老木效应”。第四，样品生长环境。沿海和石灰岩地区可能会有不同程度的储存库效应，这是样品生长当年就引入的老碳，即使能够完全除去所有外来污染，测定年代也会早于实际埋藏年代。

　　考古遗址常见的植物材料，包括木炭、炭化种子、果皮、果核、木材、芦苇、麦秸等。对炭化植物材料常采用“酸—碱—酸”的方法进行前处理。先用酸除去碳酸盐等可溶性矿物，再用碱除去腐殖酸等小分子污染物，最后用酸除去碱处理过程中从空气吸收的二氧化碳。未炭化的植物材料，除可以“酸—碱—酸”处理外，也可再增加强氧化剂处理，提取纤维素或α纤维素。这几种方法都能够除去大部分污染物，得到可靠的年代数据。纤维素提取只保留特定的植物成分，对污染严重样品的处理效果更好，但损耗较大；α纤维素纯度更高但提取成功率更低。在实际操作中，常根据可获得的样品量和受污染情况选择适宜的前处理方法。其他植物材料，如植硅体中包裹的有机物由植物产生，可以代表植物生长的年代。碳十四测年对植硅体的前处理，一般涉及重液浮选、强氧化剂氧化和酸处理等步骤，也有方法将植硅体外壳溶解，释放其中的有机物质进行测定。

　　上述植物材料中，植物种子、果皮、果核等生长周期仅为一年，测定年代最为准确；木材、木炭、以木材为原料的纸张等材料，可能受到老木效应影响导致测得年代偏早。此外，木建筑构件、木船构件等可能存在二次使用的情况，碳十四测定木材生长的年代，并不能完全反映实际建造、使用或废弃的年代。植硅体提纯困难、含碳量低，这使得测年需要的样品量相对较大，很难排除其他地层、其他矿物中的有机物质混入。也有研究认为植物能够从土壤中吸收早期含碳物质沉积在植硅体中，导致植硅体即使提纯干净，也有可能测得偏早的年代。因此，使用植硅体的测年数据时需要更加谨慎。

　　可用于碳十四测年的骨骼材料，包括动物骨骼、人骨，也包括动物和人类牙齿的牙本质部分。

　　骨骼材料的主要成分为骨骼矿物和骨胶原。碳十四测年对骨骼样品的前处理，一般需要溶解无机质的骨骼矿物，提取有机质的骨胶原。早期采取与炭化植物类似的“酸—碱—酸”处理方法，对不溶于酸的成分整体测定。加速器质谱技术的应用，降低了测年需要的样品量，使提取特定组分进行测定成为可能。例如，将不溶于酸的组分水解为明胶后冷冻干燥，这一步骤可以将骨胶原提纯，得到更可靠的结果；为进一步除去有机小分子污染物，可以对水解产物进行超滤，只提取有机大分子；更进一步，可以将骨胶原彻底水解为单分子氨基酸，再分离其中的羟基脯氨酸进行测定，确保测年组分只来源于骨胶原。上述几种前处理方法可以使提取的成分特异性增加，但处理过程中样品损耗也随之增大。此外，处理步骤的增多可能会引入新的污染。在实际操作中，需根据样品量和保存状况选择适宜的前处理方法，并对提取的测年组分纯度进行评估。

　　动物生长周期相对较短，不存在类似老木效应导致的年代偏差。但是，生长于石灰岩山区、湖泊和海洋环境中的动物可能受到储存库效应影响，需要结合动物种属、稳定同位素等因素综合判断分析。

　　考古遗址常见的碳酸盐材料有钙板、钙结核、石笋、石钟乳、珊瑚、贝壳、白灰面等。碳酸盐材料的处理，一般使用稀盐酸对表面进行刻蚀，然后酸解或加热，将其中的碳元素以二氧化碳气体的形式释放，进而制成石墨靶或直接对气体进行测定。

　　钙板、钙结核、石笋、石钟乳等材料经地质事件形成，晶体组成稳定，可以比较精确测定其形成年代，但这类洞穴沉积物往往缺乏与洞穴中古人类活动的直接联系。珊瑚、贝壳等由海洋生物产生，可能受到储存库效应影响导致测定的年代偏早。白灰面中有效的含碳组分来自白灰面生产时大气中的二氧化碳，可能混有偏早的石灰石原料和偏晚的成岩作用产物。这些干扰组分都与有效成分组成相同、物理和化学性质相似，难以分离。关于如何精准提取白灰面的有效成分进行测年，研究者目前没有一致认可的方法。若白灰面能够得到准确测定，其优势是明显的。作为人造材料，它与人类活动直接关联，而且其生产一般在陆地进行，不像海洋生物那样受到储存库效应的影响。

　　陶器是考古遗址最常见的材料，也是考古类型学分期的重要依据。但是，陶器属于无机硅酸盐材料，含碳量低且来源复杂，并不是碳十四测年的首选。

　　选择陶器的不同组分作为碳十四测年的材料，其测年结果的代表性也存在较大差异。第一，陶胎中含有少量有机质，来自更早的生物降解，因此对陶胎直接进行测定得到的年代偏早。如果是夹炭陶，则含碳量更高、测得年代也更接近真实年代。第二，有的炊煮器底部存在烟炱，是燃料不完全燃烧产生的碳单质。刮取烟炱进行测定，得到燃料有机物的生长年代，可能非常接近陶器的使用年代，但也可能因为燃料种类出现偏差。第三，陶器所盛食物降解后，可能产生一些凝结物附着在陶器内壁，这些凝结物在理论上反映了陶器的使用年代，但很难排除埋藏环境中的沉积物有机质混入。如果是海洋性食物来源，还可能受到储存库效应的影响。第四，吸附在陶器内壁孔隙中的有机残留物，一般为脂肪酸等成分，若能使用气相色谱分离技术结合稳定同位素分析，提取特定食物来源的脂肪酸分子，则有可能精确测定陶器的年代。第五，与陶器共存的植物、动物等遗存，可以间接指示陶器年代，但需要有埋藏学证据表明这些遗存与陶器处于同一年代。

　　上述针对陶器的测年方法，虽然可能存在不同程度的误差，但如果能够排除各种因素影响，就可以直接测得陶器的年代。对典型陶器的高精度碳十四年代测定，可以帮助建立考古学文化的绝对年代框架。

　　采集不同材料或对同一样品采取不同的前处理方法，有可能得到不同的测年结果。对同一遗址的同一遗迹单位，若能有多种材料的多个数据交叉印证，可使得测年结果更为可信。随着碳十四测年在考古学研究中的应用普及，考虑到更多测年实验室的参与、更多测年材料的应用和更多前处理方法的开发，在发表数据时应注明测年材料和前处理方法，使不同遗址、不同测年材料、不同实验室测定的碳十四年代数据具有可比性，这将有利于在更大的时间和空间尺度上讨论考古学文化发展和交流等历时性与共时性问题。

　　（作者系国家文物局考古研究中心馆员）