考古學家如何確定化石和工藝品的年代

當考古學家說一件工藝品是'3000年前的'或含化石的地層是'180萬年前的'時，這個數字來自一種或多種科學測年技術，而不是單一的通用方法。測年方法分為兩類：相對測年法，確定一個物體或地層比另一個更古老或更年輕；以及絕對（或計時）測年法，使用可測量的物理或化學過程來估計實際的年代範圍，根據美國國家公園管理局。

相對測年法：確定順序，而不是精確年份

最古老也最簡單的相對測年方法是地層學，基於疊覆律：在未受干擾的遺址中，較深的土層比其上方的地層更古老，國家公園管理局解釋道。挖掘者以沉積物沉積的相反順序清除土壤，因此地層序列即使在運行任何科學測試之前也能提供一個相對的時間線。

考古學家還使用層序法，根據陶器、工具或其他工藝品的設計特徵隨時間如何變化，將其排列成一個序列，以及相關的「事後始期」(terminus post quem)概念，該概念使用地層中最新的可測年物體來為與其一起發現的所有物品設定最早可能的日期。交叉測年比較不同遺址之間的發現以連結其相對年表，根據國家公園管理局。

放射性碳測年法：最廣泛使用的絕對測年方法

放射性碳（碳-14）測年法之所以有效，是因為生物體不斷與大氣交換碳，保持放射性碳-14與穩定碳-12的恆定比例，根據牛津大學考古與藝術史研究實驗室（該實驗室運營放射性碳測年服務）。一旦生物體死亡，它就停止吸收碳，其碳-14以已知速率衰變，使科學家能夠根據剩餘比例計算逝去的時間。

該方法僅適用於曾是生物體一部分的材料——骨、木材、木炭、貝殼、毛髮或類似遺跡——不適用於石頭或金屬，除非附著有機殘留物，牛津實驗室和國家公園管理局都指出。碳-14的半衰期據《國家地理》雜誌引述為約5730年，據國家公園管理局為約5700年。

關於可用範圍，資料來源給出的限度略有不同：牛津實驗室聲稱該方法跨越從幾百年前到約50000年的範圍，而《國家地理》雜誌報告說超過約40000年的樣本變得很難測年，超過60000年的樣本根本無法測年。原始結果還需要校準，因為大氣碳-14含量隨時間而變化，結果可能會因土壤污染或牛津實驗室所述海洋樣本中看到的「儲水庫效應」而偏斜。

測年岩石、木材和燒製黏土：其他絕對測年方法

對於與考古遺跡或化石層相關的火山岩，科學家使用鉀-氬測年法或其改進版本、氬-氬（40Ar/39Ar）測年法，該方法追蹤鉀-40衰變為氬-40，根據美國地質調查局。40Ar/39Ar變體將樣本照射以將一些鉀轉換為氬-39，讓研究人員可以從單個樣本測量兩種氬同位素，而不是兩種分離元素，這提高了準確性。美國地質調查局指出，這種方法在富鉀晶體（如透長石）上效果最好，已被應用於從約70000年前到最近12000年內的火山爆發事件。

木製工藝品和結構可以透過樹輪年代學或樹輪測年法來測年。亞利桑那大學樹輪研究實驗室解釋說，簡單地計數樹輪是不可靠的，因為樹木可能會產生局部缺失的環或類似於真實生長環的假帶。相反，專家使用交叉測年——匹配寬窄樹輪的模式（反映每年生長條件），跨越來自同一地區的多個木樣本——通常透過稱為骨架繪圖法的技術——為每個樹輪分配一個精確的日曆年。

國家公園管理局列出的其他絕對測年技術包括熱發光測年法，測量被背景輻射困在燒製黏土或加熱石頭中的電子，當材料在實驗室中被重新加熱時釋放為光；黑曜岩水化測年法，測量新鮮破碎黑曜岩表面上水吸收層的厚度；以及平均陶器測年法，根據發現的不同陶器類型的已知生產跨度計算平均遺址年代。

為什麼考古學家結合多種方法

沒有單一技術涵蓋每種材料或每個時間跨度，這就是為什麼挖掘小組通常將相對測年法（如地層學）與一種或多種適合實際存在材料的絕對測年方法配對——有機遺跡用於放射性碳測年法、火山沉積物用於鉀-氬測年法、木材用於樹輪年代學，或燒製黏土用於熱發光測年法。交叉檢查不同方法的結果，以及與存在的歷史記錄進行對比，幫助考古學家識別錯誤並縮小為遺址或物體報告的最終年代估計。