考古学家如何确定化石和文物的年代

当考古学家说一件文物“有3000年历史”或一个含有化石的地层“有180万年历史”时，这个数字来自一种或多种科学测年技术，而不是单一的通用方法。根据美国国家公园管理局的说法，测年方法分为两大类：相对测年法，用于确定一个物体或地层相对于另一个是更古老还是更年轻；以及绝对（或计时）测年法，利用可测量的物理或化学过程来估算实际的年代范围。

相对测年法：确立顺序，而非确切年代

最古老也最简单的相对测年方法是地层学，其基础是叠加律：国家公园管理局解释说，在未受扰动的遗址中，较深的土层比其上方的土层更古老。发掘人员按照与沉积顺序相反的方向清除土层，因此即使在进行任何科学检测之前，地层的顺序也能提供一个相对的时间线。

考古学家还使用类型学序列法（seriation），根据陶器、工具或其他文物样式的设计特征随时间的变化，将其排列成一个序列；与之相关的概念是“后限年代”（terminus post quem），即利用某一地层中可确定年代的最新物品，来设定与之一同出土的所有物品的最早可能年代。根据国家公园管理局的说法，交叉比对法（cross-dating）则通过比较不同遗址之间的发现物，来关联它们各自的相对年代序列。

放射性碳测年法：应用最广泛的绝对测年方法

根据运营放射性碳测年服务的牛津大学考古与艺术史研究实验室的说法，放射性碳（碳-14）测年法之所以有效，是因为活着的生物体不断与大气进行碳交换，从而维持放射性碳-14与稳定碳-12之间的恒定比例。生物体死亡后便停止吸收碳，其碳-14会以已知的速率衰变，这使科学家能够根据残余比例计算出经过的时间。

牛津实验室和国家公园管理局都指出，该方法仅适用于曾属于活体生物体一部分的材料——骨骼、木材、木炭、贝壳、毛发或类似遗存——除非附着有有机残留物，否则不适用于石头或金属。据《国家地理》报道，碳-14的半衰期约为5730年；而据国家公园管理局称，约为5700年。

关于可测量的年代范围，不同来源给出的上限略有不同：牛津实验室表示，该方法适用于从几百年前到约5万年前的范围；而《国家地理》报道称，年代超过约4万年的样本会变得非常难以测定，超过约6万年的样本则完全无法测定。此外，由于大气中碳-14的含量随时间有所变化，原始结果还需要进行校正；根据牛津实验室的说法，土壤污染或在海洋样本中出现的“水库效应”也会使结果产生偏差。

测定岩石、木材和烧制陶土的年代：其他绝对测年方法

根据美国地质调查局的说法，对于与考古或化石地层相关的火山岩，科学家使用钾-氩测年法，或其改良版本——氩-氩（40Ar/39Ar）测年法，该方法追踪钾-40衰变为氩-40的过程。40Ar/39Ar法通过辐照样本，将部分钾转化为氩-39，使研究人员可以从单一样本中测量两种氩同位素，而不必测量两种不同的元素，从而提高了准确性。美国地质调查局指出，这种方法在富含钾元素的晶体（如透长石）上效果最佳，已被应用于测定从约7万年前到最近1.2万年内发生的火山喷发事件。

木制文物和建筑结构可以通过树木年轮测年法（dendrochronology）来确定年代。亚利桑那大学树木年轮研究实验室解释说，仅凭数年轮并不可靠，因为树木可能会在局部地区缺失某一年轮，或形成与真实生长轮相似的假年轮。相反，专家们使用交叉定年法（crossdating）——即比对来自同一地区多个木材样本中宽窄年轮的模式，这种模式反映了每年的生长条件——通常借助一种称为“骨架图法”（skeleton plotting）的技术，为每一个年轮确定精确的日历年份。

国家公园管理局列出的其他绝对测年技术还包括：热释光测年法，该方法测量烧制陶土或受热岩石中因背景辐射而被捕获的电子，当材料在实验室中被重新加热时，这些电子会以光的形式释放出来；黑曜岩水合测年法，该方法测量新断裂的黑曜岩表面吸水层的厚度；以及陶器平均年代测定法，该方法根据遗址中发现的不同陶器类型已知的生产时间跨度，计算出该遗址的平均年代。

考古学家为何要综合使用多种方法

没有任何一种单一技术能够涵盖所有材料或所有时间跨度，这正是发掘团队通常会将地层学等相对测年方法，与一种或多种适用于现场实际存在材料的绝对测年方法相结合的原因——例如对有机遗存使用放射性碳测年法，对火山沉积物使用钾-氩测年法，对木材使用树木年轮测年法，或对烧制陶土使用热释光测年法。将不同方法所得的结果进行交叉核对，并在有历史记录可查的情况下与之对照，有助于考古学家发现误差，并缩小最终为某一遗址或文物所报告的年代估计范围。