如何判断化石有多古老？

　　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。