考古鉴年值得相信吗？碳十四测年的误差范围在多少？百科数据是否有误？ 第1页

[鉴藏教室] 考古学中碳十四数据使用问题的讨论

邵会秋 2013-03-11

　　关于考古学遗存绝对年代的科学测定方法有很多，像碳十四断代法、树木年轮法和古地磁法等，但其中碳十四断代法无疑是目前考古学中应用最为广泛的测年手段。然而碳十四测年也存在很多问题，尤其是体现在其测年的误差上，由于在国内和国外不同实验室、选取不同标本、使用不同方法，都会得到差异很大的结果，而且还存在着所测标本的污染问题，其准确度存在很多争议和质疑。

　　但我们不会因此否认碳十四测年的作用，由于考古发现可对比的纪年资料数量非常少，碳十四测年仍然是当今考古学中绝对年代判定的重要参考，尤其是在史前考古学中发挥了非常重要的作用。本文无意讨论碳十四测年的方法和测定过程中存在的问题，因为这些大多数是涉及到实验科学范畴的问题，也已有很多相关的研究成果可供参考。除了这些问题外，还有考古学者们更为关注的，那就是在使用已测定的大量碳十四数据时会出现什么问题?我们又该如何处理呢?这也是本文所要讨论的主要内容。

　　一、碳十四数据使用过程中的现实问题

　　目前考古学者们在使用碳十四数据过程中会遇到一些很现实的问题，这些问题往往会给他们的研究工作带来许多疑惑。

　　1．碳十四数据的年代跨度大

　　在碳十四年代数据后面往往都有加减号和数字(以BC1500±90这个数据为例)，可能会有人认为这个数据有180年跨度，实际上这只是统计学上的标准误差，说明数据的年代有68．27％的可能落在这个范围内4，这表明真正数据误差可能要大的多。当然测定者都会整合出一个精确的数字，但这些精确的结果显然没有之前的年代跨度更保险。近些年来由于碳十四测年技术发展，统计学的标准误差大大的缩小了，但是这些年代跨度仍然使许多考古问题无法解决。

　　由于碳十四测定的误差问题，一两个孤零的数据，就没有多大意义，一系列基本一致的碳十四数据才有价值。因此在同一个墓地或者一个遗址中，需要测定多组碳十四数据，但这些数据跨度往往也非常大。在南乌拉尔草原著名的辛塔什塔墓地，经过校正的碳十四测年数据跨度在公元前2250—1390之间，竟然有近千年，而从墓地的树轮测年看，这个墓地使用时间不会超过130年。类似的现象非常的常见，毫无疑问，碳十四数据跨度越大，实际年代落人其范围内的可能性就越大，然而如此大的年代跨度会让考古研究者们感到茫然。

　　2．碳十四数据的舍弃问题

　　面对大量的碳十四数据，不同种类标本、不同时期测定的年代数据可能差别较大，尤其是在年代跨度较为分散、不同数据问产生矛盾的时候，我们都要对部分碳十四数据进行取舍。在这方面的操作过程中就存在很强的主观性。

　　大多数学者可能会认为早些年发掘条件差、水平低、测定的技术落后，而且数据多零散，其准确度必然不如现代所测定的年代。因此在出现矛盾时，早期的数据是首选的舍弃对象。如果早年测定的数据仅仅是个别偏差大的或数据离谱的，而现代所测数据系统集中的话，或许可以这样操作，但往往现实的情况要复杂的多。以东欧草原纯铜时代中斯托遗存（Sredny Stog）的33个碳　十四数据为例，从其碳十四数据年代分看，前后跨越了近3000年，而且数据在多个年代跨度集中，所以很难从这些碳十四数据直接来确定中斯托戈遗存的实际年代范围。不同研究者就会根据自己的研究选取不同的年代范围，这就是很多文化年代产生分歧的重要原因。我们会发现数据测得越多，争论也就越大，这让很多考古作者无所适从，以至于出现了很多不正常的现象，即不用碳十四测年数据、或是采用对自己点有利的数据而回避不利的数据。

　　　3．使用碳十四测年时是否要考虑考古遗存的内容

　　可能很多人会认为，碳十四测年是科学的测定方法，不需要对考古遗存的基本分析就能独立完成测定。事实恰恰相反，提交测定材料的考古学者都会被要求提供标本所处遗址或文化的基本特征和相对年代等内容。正如学者们所指出的，碳十四年代数据的统计分析是离不开考古内容研究和分析的，一个没有考古内容的碳十四年代数据是不能说明任何考古问题的。

　　然而，在当今的考古学研究中．一些学者却完全依靠碳十四数据而改变传统的年代观，引起了很大的争论。以欧亚草原青铜文化为例，早期研究者主要依靠与埃及、米索不达米亚有纪年国王谱系年代对比、与古希腊和中国器物的类型学对比并综合当时所测的碳十四数据结果，而得出了青铜文化绝对年代的结论。些年来，俄罗斯地区很多实验室都对不同遗址出土的标本进行了碳十四测定，得到了数量较多的测年数据。但这些碳十四数据呈现越来越早的趋势，与之育很多学者研究结果相差较远。一些学者则仅仅依据新公布的碳十四数据完全否定了之前多位考古学者有关年代的结论，而将其绝对年代大大提前了。

　　同样在日本，在经历了半个多世纪的研究，根据中国、韩国文献和相关器物类型学比对，同时也综合了当时大多碳十四测年数据，确定了“弥生时代”绝对年代框架。然而在本世纪初一些日本学者摒弃了之前的研究成果，完全依照验室测定的最新碳十四数据来确定弥生时的年代范围，其所认定的开始年代比传统认识提前500年。

　　以上的例子并不是个案，是考古学研究中比较常见的问题。虽然没有经过完全统计，但我们发现有一个倾向，就是各地完全依赖碳十四数据建立的时代框架，往往都要比之前的结论要早很多。这种现象在考古学研究中会引起了更多的争论。

　　二、关于解决方法的讨论

　　从上面的分析看，如何选用碳十四数据对考古遗存绝对年代判定意义重大。虽然现在还没妥善的解决方法，但我们可以针对这个问题进行一些有益的讨论，希望能为今后考古研究者在选用碳十四数据时提供一点参考。

　　首先，针对同一文化多个碳十四数据年代跨度分散的现象，我们可以先看一下西方学者的做法，他们通常在使用碳十四数据时，往往统计出一个概率来，选取比较集中的数据。95．4％和68．2％这两个比例的数据段往往是作为最后的年代判定结果。这种做法在俄罗斯学者中应用非常广泛。这样在一定程度上可以缩小了整个数据的年代跨度，同时对选取年代范围也有一个统一的标准，这种做法对所测数据相对集中的考古学遗存比较有效。

　　但在有些情况下，采用如此方法所得到的结果年代跨度也非常大了，研究者依然难以取舍。这在早期青铜时代阿凡纳谢沃文化(Afanasievo)碳十四数据分布上表现的就非常明显。在这种情况下，如果仅仅依靠这些碳十四数据来判定年代，不同学者也会出现不同的结论，选用过程中的主观性就显露无疑。而据此来考虑器物传播的早晚，得出的结论往往就有可能产生偏差。一些学者喜欢采用碳十四测年中较早的数据，以此来证明某种遗存或出土器物在类似考古发现中最早，无论出于何种目的，这种做法是不合适的，其结论可能也经不起历史的检验。正如已有学者所论述的，“无论哪一种文化，之所以能经久而充满活力地不断发展，并不在于它一开始就有了所有好东西的胚胎，很重要的一个原因，是它能不断从其他文化中引进新的东西，而在实际应用中进行应用和取舍，把有用的成分融合到自身之中。”

　　关于同一遗存不同质地标本(人骨、木炭和碳化种子等)所测数据产生矛盾的取舍仍然是个问题。现在还没有专门的研究成果可以表明哪种质地标本所测的数据更加精确。或许我们以后可以关注有明确纪年的历史时期考古遗存，从同一遗存中选取多种质地标本进行检测，分析一下哪种质地标本的检测结果更接近历史年代。当然这只是一种理想化的想法，实际操作起来比较困难。但是在类似的考古发掘过程中，多注意检测不同质地标本的年代，形成系统的碳十四年代数据库，还是可以就这一问题进行比对分析的。

　　而对于新近所测的碳十四年代数据挑战传统年代观的问题，在学术界中产生了很大的分歧，部分学者持肯定的态度，认为最新的测年数据更接近历史真实年代，但也有很多考古学者仍然保持了谨慎的态度。

　　俄罗斯著名考古学家库兹米娜(Elena E．Kuzmina)女士就是其中的一位，她几十年来都投身在草原青铜时代考古研究中，参加了众多的考古发掘，并出版了多部相关著作。然而新近公布的碳十四数据结果要远远早于她多年研究所得出的年代判定结论。虽然她很茫然，但在著作中她基本坚持了自己原先的判定，而在后记和附录中将其作为多年研究也未能解决的问题提出和讨论，同时把相关的已经测定的碳十四年代数据悉数列出，这样既给后来研究者查找分析提供了方便，也体现了她谨慎客观的研究态度。笔者赞同库兹米娜教授的做法，在传统年代观与新近的碳十四数据出现矛盾时，不要急于否定碳十四数据，也不能完全让碳十四数据牵着鼻子走，可将其作为问题提出，让更多的人参与讨论和分析，将来必然会得出更客观的结论。

　　最后我们想强调的是，碳十四测年给考古学带来了重要的变革，我们希望这种检测技术能更加成熟稳定，在考古学研究中发挥更重要的作用。然而虽然碳十四年代非常重要，但是不能解决所有的考古材料年代问题，而且“绝对”一词是容易引起误导的，实际上反映的只是一个年代范围。因此在现有的条件下，考古学者在使用碳十四数据结果时，需要非常的谨慎，应该把它作为众多证据中重要的_个，而不是将自己的研究完全依附于数据上。正如考古学家菲利普·科尔(Phili L．Koh1)所说的“考古学者不要把所有精力都集中在碳十四数据上，而应把这个当成一种参考。年代并不是历史，仅仅知道何时发生并不。意味着我们了解为什么发生，而后者更重要些” 。

碳十四测年的误差有不同的性质。

一种是放射性测量所不可能避免的随机统计误差，也就是发表碳十四数据时一般同时标出该数据的一个标准差的统计误差，由于服从正态分布，如±40 的含义是如果不考虑其他因素，样品年龄应该有68%的概率落在宽度为±40的区间中（同时应该有95%的概率落在±80区间、有99%的概率落在±120区间）。这是提问者说的百科误差数据的情况，一般来说现在的实验室把标准差控制在正负三四十年是没问题的，早年发表的数据中这种误差会大一些。

问题是，这里的“其他因素”还有很多。有一类碳十四测年的误差，是由于碳十四测年所依赖的假设不完全成立导致的系统误差。比如年龄计算公式假设大气中碳十四同位素的丰度不变，但我们已经知道这只是近似成立，用现代（1950年）的固定值计算就会出现系统误差，这种误差需要用其他独立的、高精度的定年手段（如树轮或珊瑚铀系年龄）做校正。没有树轮校正的碳十四年代大致会偏年轻，而且年龄越老偏离越大，对于一万年前的样品这种误差可以有一千年之多。所以只有校正过的碳十四年代才有意义。

树轮校正曲线并不是单调变化的，有很多百年或几十年幅度的起伏。曲线在某段的形状会对校正后的误差产生影响（这里所谓误差也是只考虑上述两者而不涉及别的因素），或者说校正后的误差大小取决于年代在树轮曲线上的位置。处于校正曲线上比较缓的位置，校正后误差就会变得比较大；处于校正曲线上比较陡的位置，校正后误差就比较小。提问者说的”出现了200年的误差“指的是这种情况，这和设备先进与否或工作人员水平等因素没有关系。如果你明知研究时间段处在校正曲线上的特定位置、会导致校正年代分辨率不足以满足研究需要，此时再做碳十四测年可能就是无用功。

正是由于这段曲线总体上坡度较缓，“所以处于这个区域中，应用单一样品测年，日历年校正误差一般都比较大。这样大的年代误差，无助于历史时期的年代讨论”（图文引自张雪莲 仇士华 蔡莲珍：《郑州商城和偃师商城的碳十四年代分析》，《中原文物》2005年1期）。所以断代工程才引入系列样品的方法，因为系列样品校正后的测年精确度要远远高于单一样品的情况，标准差小到十几年、几年也是可能的。

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提问者说的 三万年年以内的遗物，年代测定误差范围会超出一万年左右吗？这又是另外的情况。

同一含碳样品中的不同炭质组分可能产生非常不同的年龄，样品总的混合年龄的考古意义可能是含糊的，而有些组分的碳十四年龄可能毫无考古意义，可以视为污染。如果把这个当作误差，那么对于旧石器时代样品，误差当然会超过一万年。

最近就有一个很好的例子，在李辉、孙雪峰等质疑福岩洞人化石年代的文章发表后（PNAS 新研究否定东亚人本地起源说，现代人抵达华南不足六万年，有哪些影响？），该文涉及碳十四年代部分受到了有力的反驳（学术争鸣 | “鹿牙”乌龙“人牙” ——对“古DNA和多种测年方式证实现代人晚到达中国南方”一文的评论）。

很多考古遗址的测年样品来自相对常见的动物骨骼（或牙齿），现在一般认为，只有提取出骨骼中的原生组分—胶原蛋白（或明胶蛋白）进行年代测定才能代表样品真实年龄，而21世纪初之前的样品前处理方法并不能排除胶原蛋白之外的其他成分，所发表的测年结果自然也不可靠（即使现在也未必能保证百分之百排除，只是确定比原先的做法能排除更多污染物）。

根据Higham的估计，由于现代碳的污染，对于4万年前这一时段来说，文献中多达70％的年代数据可能太年轻，而且有时这种低估是非常严重的。详情可参考Higham, T. European Middle and Upper Palaeolithic radiocarbon dates are often older than they look: problems with previous dates and some remedies. Antiquity85, 235–249 (2011).他认为老碳的污染相比于新碳来说微不足道：在一个距今40000 年的样本中加入10%的老碳，测得的年代是40800 BP；而在样本中加入10%的现代碳，测得的年代是18000 BP，即使是0.5%的现代污染也会给出完全扭曲的年龄(35 600 BP)。就国内来说，山顶洞遗址测年的前后变化也可以清晰地显示出前处理技术进步对于年代结果的影响，年代提前两万年对于认识人类历史来说是截然不同的图景。

值得相信的是，科学进步会逐渐减少一些判断的不确定性，一劳永逸的答案不值得相信。