化石的年龄如何计算?

岩石或化石生成后距今的实际年数,主要是通过测定放射性元素的衰变量而计算出来的.放射性元素以自己恒定的速度进行衰变,不受外界温度和压力的影响.在一定时间内,放射性元素蜕变的份量和生成的元素具有一的比例.例如,1克238铀经45亿年就有一半衰变了,只剩下0.5克铀,同时产生0.433克206铅.也就是说,238铀的半衰是45亿年.因此,如果测定含铀的化石中剩下的238铀和206铅的含量的比,就可以计算出该化石的绝对年龄.目前,常用放射性碳（14C）来测定化石的年龄,因为化石中往往含有碳.
运用放射性碳之所以能测定化石年龄,是因为大气受到来自外层空间的宇宙射线的冲击,会产生中子.这些中子和大气里的氮原子作用,会生成14C.14C与氧结合生成二氧化碳,二氧化碳又被生物同化,转变成生物体内的成分.这种14C又要陆续衰变成普通的氮原子.生活期间的生物体内,14C的含量一般只能保持不变的,但是,一旦死亡,和外界的物质交换停止了,就只会按照衰变规律减少.14C的半衰期是5700年.因此,根据含碳化石标本里14C的减少程度,就可以计算出该生物死亡的年代.
近年来,除应用放射性元素外,还应用古地磁法来测定化石年龄.
氨基酸——化石年龄的新测法
本刊曾经两次介绍过「年龄的故事」（注一）,对地球及地球上各种古物的年龄之推算原理、算法等都详尽的讨论过.惟其所介绍的方法都是用纯物理化学的同位素法,如利用C14及H3之蜕变来测定等.现在发现尚有一种生物化学的方法,亦可以作为考证古物化石年龄的参考.
化学物质的原子互相结合时,因为排列的位置不同,可以产生不同的立体异构物.生物的基本构成单元如醣类.氨基酸与核酸,就不乏这种立体异构物.我们首先来看看氨基酸的构造：它是由碳、氢、氧及氮等所构成,其通式为,由此式我们知道,和碳素结合的原子或者分子都不相同,故可以有不同的立体异构物.为了简化起见,生化学家曾以甘油醛为标准先定出两种基本系列的氨基酸,即和右甘油醛（D－Glyceraldehyde）相像的为右系氨基酸,和左甘油醛（L－Glyceraldehyde）相像的为左系氨基酸.这裏所谓的左系或右系乃是理论的构造式,和氨基酸实际上右旋抑或左旋根本无关.但妙就妙在自从这种标准定了以后,在生物体内所发现的氨基酸多是左系的,而右系的却非常之少,就动物来说,几乎是等於零的.不过用人工合成的氨基酸溶液,因其机率均等,通常造成左右两种构造物浓度相等的溶液.这种氨基酸通常称为左右氨基酸或消旋物（Racemate）.生物体内的氨基酸成分经碱性加热反应时,便会立刻由纯左系的变成左右混合之消旋物.用酸水分解时,因为化石内的消旋反应为温度与时间的函数,所以其消旋反应在通常的情形下也就来的要比较慢一些了.假定地球上的温度变异不大,只要把化石中氨基酸的左、右异构物之比值（D／L）测量一下,即可推算化石的年龄,如果用化石的碳同位素C14法测定了年龄后,也可以由D／L比值来推算化石所经历的温度变化情形.目前,在考古上用得最多的是天门冬氨酸（aspartic acid）,它在构成动物廿种蛋白质成分的氨酸中,是消旋反应最快的一种,在常温20℃时,它在头骨之collagen中的半衰期约为两万年,而以左异白氨酸（L-isoleucine）为最慢,半衰期往往长达十万年之久.氨基丙酸（alanine）和麦氨酸（glutamic acid）等位於此二者之间.如果要和C14比较时,它们的半衰期都比C14的五千二百年长的多,故对於比较古老的化石年龄计算,很有用.
现在我们就来谈分析的方法,如所周知,效果最好而又十分方便的仪器便是自动氨基酸分析仪（automatic amino-acid analyzor）.特别在考古工作上,因为像左异白氨酸和它的立体异构物右异白氨酸（D-allo-isoleucine）可以直接由自动氨基酸分析仪分开.所以实际的操作步骤,只要用盐酸水解化石,然后再以液体层析法（Liquid chromatography）将异白氨酸纯化,打入自动分析仪即可.其他种类的氨基酸的立体异构物,不能直接分析,必须先合成一种立体异构物的衍生物（diastereomeric derivative）,然后才能用自动氨基酸分析仪分开.现在就以天门冬氨酸为例：可
以直接注入自动氨基酸分析仪分析.例如化学合成的天门冬氨酸（DL-form）、在现代骨骼中的抽取物及由埃及出土的古物UCLA 1695（注三）,便可用这种方法分析（如图）.如以碳C14法测定UCLA1695测得其年龄应为17550±1000年,若用D／L法,（D／L＝0.316）便可测得其年龄应在15000年左右,这两种方法的差异竟有一两千年之多,症结是因后者假定地球表面温度变异不大,事实上古代的温度可能较低.
由此可知,这方法可以配合同位素法共同测量古物的年龄,其优点在於所用的样品为数不多,只要5到10克的化石就可以分析了,分析氨基酸立体异构物自然尚有其他方法,如巴斯德（L.Pasteur）早就用微生物来区别其左右异构物了,现在更有很多人用（enzyme）来分析,只是这些方法,处理起来较为繁复罢了.