这种泥浆可能会彻底改变科学家研究过去的方式

对日本某湖底淤泥进行的新放射性碳测量可能成为几十年来自然历史学家最有用的工具之一。有了这项新记录，考古学家可以确定尼安德特人灭绝的准确时间。或者人类学家可以确定人类迁入欧洲的准确时间。或者气候学家可以更好地了解上一个冰河时代，以及哪些气候条件导致了冰川消融。

换句话说，科学家们近 20 年来一直在努力获取和研究来自基本未受干扰的水月湖的岩心样本，这改进了我们了解地球过去 5 万年的最佳工具之一。“毫不夸张地说，如果没有这种能力，人类学、考古学和古气候学等领域就不会像我们所知的那样存在，”今天发表这篇论文的《科学》杂志高级编辑杰西·史密斯说。

要理解原因，了解放射性碳测年法的工作原理会有所帮助。

碳测年法利用的是碳的一种放射性同位素碳-14 的可预测、不变的衰变。碳-14 在大气中形成，受到宇宙射线的影响，将氮分解成这种不稳定的碳形式。但就生命而言，它只是更多的碳，这意味着它固定在植物中。以这些植物为食的动物体内也有碳-14。

C-14 的半衰期为 5,730 年，上下浮动约 40 年。利用这一已知衰变率，科学家可以通过确定文物中仍含有多少 C-14（相对于其稳定的近亲 C-12）来计算其年龄。这可用于确定考古遗址中有机物质的年龄，例如人类遗骸、木制文物等。这项技术于 1949 年由 Enrico Fermi 提出，并自此开始使用。

问题在于宇宙射线和大气本身都是可变的、不可预测的东西。这意味着大气中的 C-14 含量会发生变化，因此植物和动物体内的 C-14 含量也会发生变化。校准这一碳记录需要将放射性碳数据与已知年龄的物品（例如树木年轮或湖床沉积物）进行匹配。

史密斯告诉记者：“我们必须知道大气中碳-14 含量在过去是如何变化的，才能知道从哪里开始计时特定样本。”这个新的湖床岩心正是这样做的。

到目前为止，最古老的校准样本来自12,593年前的树木年轮。沉积物样本可追溯到52,800年前。

这篇论文的主要作者、牛津大学教授克里斯托弗·布朗克·拉姆齐 (Christopher Bronk Ramsey) 解释说，一旦发现了 12,000 年前的遗迹，就很难准确确定其年代。这主要是因为上一个冰河时代结束后发生了重大气候变化。科学家们从海洋记录和洞穴沉积物中获得了某些样本，可以与铀测量结果进行交叉核对，但这些样本无法提供大气中的 C-14 水平。

这篇新论文由来自多个国家的团队共同完成，研究了含有每年都会形成的藻类层的岩心样本。这些硅藻每年都会覆盖湖床，然后是沉积层。沉积层非常清晰，肉眼就能看到，如下图所示。

科学家们说，这个湖非常平静，湖底缺氧，因此非常稳定。它从未被冰川覆盖，因此即使在上一个冰河时期，湖周围的树木也有落叶。这些树叶的化石残骸帮助该团队完善了碳年代测定法。

纽卡斯尔大学教授 Takeshi Nakagawa 在新闻发布会上告诉记者，他于 1993 年首次参与了该湖的沉积物采样。该岩芯样本的第一篇科学论文发表于 1998 年。但 1993 年的岩芯样本不是连续的，不同层之间存在间隙——因此，就像其他校准技术一样，无法准确判断年份的匹配情况，因此记录不完整。在获得英国自然环境研究委员会的资助后，Nakagawa 于 2006 年又采集了一次岩芯样本。它是完全连续的，有重叠的层，可追溯到 52,800 年前。

在某些情况下，这些层非常薄，肉眼无法辨别，因此 Nakagawa 向德国和英国的科学家寻求帮助。研究小组使用位于牛津的粒子加速器和瑞典物理学家手工制作的岩心扫描仪研究了这些样本。英国威尔士大学阿伯里斯特威斯分校的亨利·兰姆教授解释说，该团队利用 X 射线荧光识别了岩心中化学物质的光谱特征及其组成变化。该团队能够识别由融雪、火山灰等沉积的季节性层。兰姆说，扫描超过 40 米的岩心花了几个月的时间。

“我总是告诉我的学生，年代学在气候变化、考古学和人类进化研究中至关重要。现在，我可以告诉他们，水月提供了我们可以信赖的年代学，”兰姆说。

这项记录不会颠覆考古学——测量的物体年龄不会出现千年尺度的修正。但几百年的变化肯定是可能的，这是很显著的。布朗克·拉姆齐说，这些变化在研究人类对气候的反应时可能很重要。“更精确的校准时间尺度将使我们能够回答考古学中的问题，而这些问题以前我们还没有解决。”