北京時間9月3日消息，據國外媒體報道，14700年前，舊石器時代的獵人曾在如今的墨西哥設下陷阱、捕捉猛獁象；5.5億年前，一頭不知名的海洋生物曾在沙地上留下了自己的足跡；16萬年前，神秘的丹尼索瓦人來到了南亞地區；8000萬年前，一頭恐龍產下了一枚蛋，但並未孵化。
新疆哈密翼龍動物群首次發現大型恐龍化石
確定這些化石的年齡可以幫助我們判斷其所屬的時期、進行正確的時間排序。假如沒有了這項技能，考古學家和古生物學家都會變得茫然無措。但我們這些普通人要麼將這項本領視作理所當然，要麼對其一知半解。在本文中，我們將向你介紹一些化石年齡的測定方法。
如果沒有現代測年技術的加持，地球歷史上的許多重要時刻都將不為人知。當然，科學家可以看出這些猛獁象的骨頭、石灰岩中銘刻的線條、以及奇特的人類下顎骨都非常古老，但如果無法得知它們的準確年齡，這種判斷也就毫無意義了。測不出精確的年齡，科學家就無法將這些化石放在特定的進化或地質學背景下進行考察、或是開展對比分析，其它重現遠古歷史的任務也根本無法完成。
從認識論角度來看，化石年代的測定同樣具有重要意義。《聖經》的信奉者們簡稱，地球年齡只有6000歲。而根據現代測年技術，這種言論簡直大錯特錯。可以毫不誇張地說，精確的化石年代測定可以讓我們真正認識自身、以及了解自己在宇宙中的位置。
找到正確的化石
早從數百年前開始，科學家就在嘗試判定化石年齡了。如今，各種化石測年技術與方法已經相當先進。當然，這並不意味着這個過程輕而易舉、毫無挑戰，並且這些技術依然有進步空間。
化石測年的第一步是，確保研究對象真的是一塊化石。這話聽着奇怪，但其實不無道理。因為許多被送到科學家那裡分析的東西其實並不是化石，只是長得和化石很像而已。
“這些東西可能只是岩石上的刻痕、石頭上不均勻的侵蝕痕迹、或者岩石上某種‘長相奇特’的礦物質，顯得它彷彿曾經有過生命一樣。”因斯布魯克大學地質學家與激光斷代專家邁克爾·梅耶解釋道，“因為許多人並不清楚化石是如何形成的，而且人類總是傾向於‘辨認出’自己認識的形狀，所以總有人以為自己發現的石頭也許是一塊化石。”
曾有人給梅耶送去過一些所謂的“足部”和“鴨子”化石，但最終證明，這些只是長相奇特的石塊而已。至於哪些東西可以算作化石，梅耶給出了兩種比較寬泛的定義：化石可以是過去生命留下的任何痕迹，一般是變為石塊的有機質；或者只要是古代生命留下的任何跡象即可。
加州理工學院人類學家布里吉特·艾利克斯表示，研究人員有時會找錯斷代的對象。例如，考古學家可能想弄清一座古代城市被毀滅的具體時間，於是對遺址中發現的一些燒焦的木炭或骨骼進行了斷代分析，但這些東西並不一定與城市的毀滅直接相關。或者說，考古學家想測定一塊尼安德特人骨骼的年齡，結果錯拿了附近一頭動物的骨頭，而這頭動物“也許是在多年之後才誤入岩洞、死在了這裡的，與尼安德特人沒有一點關係。”艾利克斯強調，“找到能夠解答你的問題的正確化石”，是一項重大挑戰。
幸運的是，“幾乎任何東西都可以進行年代測定，但時間、資金、以及發現化石的環境，都是阻礙化石斷代的最大問題。”梅耶指出，“因為給化石斷代是一項非常繁重的工作。”
在原始環境中發現的化石是最容易斷代的，因為化石本身、以及化石周圍的信息量都很充足。相比之下，在其它環境中發現的化石（比如一枚在井下埋藏了85年、但真實年齡足有14萬年的頭骨）則難以進行年代測定、並且成本高昂。至於年代測定是否有上限，如果不考慮時間和資金問題，那麼答案就是“沒有”。地球上最古老的岩石可以追溯到37.7億至39.5億年前，而最古老的化石可追溯至約34.2億年前。
科學家通常會將兩種測年方法結合使用：相對測年法與絕對測年法。相對測年法是指，將化石按“最古老”到“最年輕”的順序排序；而絕對測年法則是指確定某個物體所處的具體年代。
埋得越深，（也許就）越古老
相對測年法從18世紀就開始採用了，而且除了鏟子之外，基本不需要用到其它技術。艾利克斯指出，最簡單的測年方法往往是最準確的，最終得出的數據也是最有用的。
艾利克斯解釋道，相對測年法的邏輯一般是“東西埋得越深，一般就越古老”。梅耶指出，這就是所謂的“層序律”：“比較古老的物質一般都會埋在比較年輕的物質下面，就像一堆臟衣服一樣。”早年一位名叫查爾斯·萊伊爾的地質學家就將相對測年法發揮到了極致。他通過擁有現存親屬物種的動物在岩石中所佔的比例，總結出了一張簡單的年代分布圖，在無法精確測定年代的情況下，判定了不同物種的相對生活時間。在此基礎上，他率先提出了更新世、上新世、中新世、以及漸新世等第一批遠古地質年代的名稱。
艾利克斯指出，在同一環境中發現多件物品時，也可以採用相對測年法。例如，如果發現了一枚標有日期的硬幣，就可以用其判斷周圍物品或化石的年代。又例如，假如在一枚猛獁象頭骨近旁發現了一具人類骸骨，就說明二者同屬於冰河時代晚期。
但相對測年法存在一大缺陷：研究對象可能會受到污染。艾利克斯指出，負責任的科學家“會假定這些物品之前被移動過，也清楚自己研究的不是一塊無人碰過的蛋糕，最底層的物質一定最古老。”結冰、解凍、昆蟲行為、人類活動……這些都會對考古遺迹的完整性造成影響。科學家需要時刻留意這些“宏觀污染”的痕迹，然後交給地質考古學家進行分析，因為後者的專長便是識別這一類污染問題。
化學鍾
採用絕對測年法，科學家可以精確判斷化石的年份、或是大致的年份範圍。梅耶解釋道，絕對測年法“利用化學或物理原理推斷出化石的確切年代，可以將誤差控制在一定範圍內”。這種方法又叫“精密測年法”，以放射性物質衰變為基礎。放射性元素的衰變是可以預測、有章可循的，相當於為我們提供了一台精確、可靠的時鐘。
目前最佳的精密測年法為放射性碳測年法。用艾利克斯的話來說，這項技術“使考古學界發生了革命性的變化”。任何由生物遺留下來的物質都可以用該技術斷代，包括骨骼、牙齒、樹葉、樹皮等等。
碳測年法的原理是，將樣本中放射性碳與普通碳的佔比進行比較。放射性碳不夠穩定，隨着時間的流逝，其能量也會不斷流失，最終衰變成氮元素。“放射性碳的衰變速度是可以預測的，”艾利克斯指出，“生物一旦死亡，體內的放射性碳（特別是同位素碳14）就會開始衰變，半衰期為5730年。也就是說，每過5730年，有機樣本中遺留的碳14的量就會減少一半。該方法的問題在於，這些有機化石的年齡不得超過6萬年，才能精確測定其所處年代，因為如果樣本過於古老，尚未衰變的放射性碳便已所剩無幾，很容易受到環境的影響。”
對於碳測年法而言，污染也是一大問題。化石中很容易沾染與之無關的其它有機質，導致測出的年齡比其實際年齡要短。艾利克斯指出，這種情況即使在實驗室中也會出現。不過近幾年來，科學家發明了一些新方法，比如清潔化石、提取其中的膠原質等等，可以有效避免這種情況的發生。
對於年齡超過6萬年的化石，科學家可以通過測定化石周圍的無機沉積物或礦物質的年齡，間接推斷出化石的年代。例如，光釋光（OSL）測年法可以測出土壤中特定礦物質最後一次暴露在陽光下的時間，從而為某件物品被埋入地下的時間提供一個大致範圍。在使用光釋光測年法時，必須將樣本避光保存，否則就會失效。熱釋光測年法則可以測定出某物最後一次被加熱的時間，“比如某件石制工具何時被加熱過、或被火燒過。”而鈾系測年法和電子自旋共振測年法可以測定同位素的衰變情況，可以確定化石的絕對年代。
馬克斯·普朗克人類歷史科學研究所的考古學家艾莉諾·賽利指出，人們對精密測年法有一種誤解，認為這項工作“一般都是在實驗室中進行的”。但實際上，為了弄清化石的年齡，科學家“還需要了解考古遺迹的形成過程、沉積物是否換過位置、是否保留了原始狀態”。這個問題與使用相對測年法時的污染問題很類似，在考古遺址被發掘前的成千上萬年間，沉積物的位置可能會有所變動，水流可能將化石或古器物衝到其它地方、與最初的埋藏點相距甚遠。“如果送到實驗室的樣本不好，無論測年法有多麼精確，結果都不可能理想。”
精密測年法的確強大，但正所謂能力越大、責任越大。賽利指出，科學家必須弄清自己的測年對象究竟為何物，並且盡量多使用幾種測年方法。
“我們之前發現了一個深不可測的岩洞，裡面滿是骨骼化石。”賽利表示，“通過對外層物質進行放射碳年代測定，我們了解到，這些化石全都是在一次洪水中被衝進這個岩洞中的。但我們相信，這些骨骼的真實年齡其實要古老得多。”目前，該團隊正在利用鈾系測年法和電子自旋共振測年法解決這一問題。
“如果這些骨骼樣本的測年結果相差很大，就說明這些化石分屬不同年代，只不過被一次大規模洪水一起衝到了這裡。”賽利解釋道，“但即使測得的結果相差不大，這些化石形成的年代仍有可能遠遠早於在岩洞中沉積下來的年代。”
科學家應盡量使用多種測年技術，給測得的化石年齡增加一重佐證。
到目前為止，這些技術還僅被用於測定地球上發現的化石年齡。不過，考慮到人類正在計劃前往火星收集樣本，形勢也可能有所變化。因此，這些測年技術除了幫助我們了解自己的過去之外，有朝一日或許還能告訴我們，火星上是否曾經（或者何時）有過生命。