歷史地質學/放射性碳年代測定
在本文中，我們將討論放射性碳年代測定的工作原理，其適用條件以及該方法的侷限性。
放射性碳年代測定過程中涉及三個重要的同位素。
14N（氮-14）在高層大氣中被所謂的宇宙射線（來自外太空的高能粒子轟擊地球大氣層）中的中子轟擊轉化為14C（碳-14）。這種同位素被稱為宇宙成因。形成後，新生的碳原子迅速氧化形成二氧化碳分子（CO2）。
14C是一種不穩定同位素，透過β衰變以約5730年的半衰期衰變回14N。由於每年產生的14C的量或多或少是恆定的，而被破壞的量與現存量成正比，可以證明，大氣中任何時間14C的量或多或少是恆定的：14C的產生和衰變過程產生了一種平衡。
同樣重要的是穩定碳同位素12C；它佔大氣碳的98.89%，而14C僅佔0.0000000001%。剩餘部分由穩定同位素13C組成，本文不再贅述。
地球碳迴圈相當簡單：植物透過光合作用從大氣中獲取碳；草食動物從植物中獲取碳，肉食動物從草食動物中獲取碳。有機體死亡後，腐爛過程會將碳返回大氣，除非它被封存——例如，以煤的形式。
這意味著當一個有機體活著時，它的14C/12C比例與大氣中的比例相同。但是，當有機體死亡後，它就與大氣碳源隔絕了，14C開始衰變為14N，比例也開始發生變化。
這立即提供了一種對有機遺骸進行年代測定的方法。如果我們測量有機樣本中12C的量和14C的量，那麼由於我們知道大氣比例和存在的12C的量，我們可以推斷出最初存在多少14C。然後，由於我們知道最初存在多少，由於我們可以測量現在存在多少，由於我們知道14C的衰變速率，計算樣本的年齡就很簡單了。
這種方法被稱為放射性碳年代測定、碳年代測定、14C年代測定或C-C年代測定。
這種方法的一個優點是，我們不必擔心碳從樣本中丟失。因為我們測量的是兩種碳同位素的丰度，因為同一種元素的同位素在化學上是相同的，因此任何普透過程都不能優先去除12C或14C，因此任何碳去除過程都會使12C/14C比例保持不變，這種方法仍然有效。
這種方法有各種侷限性。首先，14C的量一開始就很小，只佔大氣碳的0.0000000001%，隨著衰變過程的進行，它會越來越小。大約60,000年後，這種物質的量將太小，無法被我們的儀器準確測量，我們只能說樣本的年齡大約為60,000年或更久。因此，放射性碳年代測定對考古學家來說比對地質學家來說更有趣。
兩個因素也干擾了對最近樣本的年代測定。熱核武器的試驗使大氣中的14C增加，在1960年代中期達到峰值；而化石燃料的燃燒一直在導致大氣中12C的增加；這並沒有伴隨著14C的相應增加，因為煤炭和石油中的碳很古老，它們所含的14C的量微乎其微。幸運的是，很少需要使用放射性碳方法對最近的樣本進行年代測定。
第三，這種方法的本質決定了它只能應用於有機遺骸：對岩石或礦化的化石進行年代測定是毫無意義的。
第四，有機遺骸中的碳必須起源於陸地碳迴圈以及植物進行的光合作用。如果不是這種情況，有時可以對這一事實進行校正；而在其他情況下，年代測定是不可能的。
例如，海洋碳的行為與陸地迴圈中的碳大不相同。海洋中碳的停留時間可以達到幾十萬年（碳的停留時間定義為一個碳原子在海洋中停留的平均時間）。這會使樣本的表觀年齡增加約400年，具體取決於生物體在海洋中的生活和死亡地點。給出經緯度後，海洋儲層資料庫會提供相應的日期校正值。
由於人類食用海鮮，這也會影響對人類的碳年代測定，更糟糕的是，它以一種不一致的方式進行，因為人類對海鮮的消費量因地點和文化而異。然而，可以透過測量樣本中穩定同位素15N/13C的比例來估計膳食中的海洋成分：這種比例越高，個人消費的海鮮越多。這使得考古學家能夠估計這種影響的大小並對其進行校正。
我們必須考慮的另一個碳來源是風化作用的石灰石。其結果是為溪流、河流和湖泊提供溶解的碳酸鈣來源；如果淡水貝類（例如）利用這種物質來建造它們的貝殼，那麼它們就利用的是數百萬年前的碳來源。顯然，在這種情況下應用放射性年代測定毫無意義。另一個古老碳來源是火山噴發：在火山噴發是CO2的重要來源的地區，生長在那裡的植物看起來比實際年齡要老。
即使參與了陸地碳迴圈也不能完全保證日期：例如，我們可以想象白蟻吃掉了200年曆史的房子的木頭；這些白蟻的年代將是200年或更久（取決於樹木的年齡）。然而，總的來說，生物體往往會消耗新鮮的植被或新鮮的肉類，因此，這種問題在實踐中不太可能出現。
我們可以透過將放射性碳年代測定的結果與歷史記錄中的已知日期進行比較來檢驗其有效性，以確保它確實給了我們正確的答案。
我們還可以將放射性碳年代與其他已知日期進行比較。例如，我們已經討論了使用年紋層進行年代測定；現在，由於年紋層在形成時會包含有機物質，我們可以檢查當我們對一個年紋層進行放射性碳年代測定時，我們得到的日期是否與透過計算年紋層獲得的日期相同。
同樣，顯然可以對樹木的生長輪進行碳年代測定，並將放射性碳年代測定的結果與樹木年代學產生的日期進行比較。這種日期通常在1%到2%之間。
雖然放射性碳測年結果與樹木年代學密切吻合，但並不完全一致。普遍認為樹木年代學測年結果更準確。大氣中14C的比例並非絕對恆定；例如，火山活動會減少14C的比例，因為火山噴發的二氧化碳比大氣中的二氧化碳含有更多的12C。相比之下，樹木年代學中使用的樹木屬種的行為更為可靠和一致。
因此，標準程式是對原始放射性碳測年結果進行微調，使其與樹木年代學結果一致，得到所謂的校正後的放射性碳測年結果。這使我們能夠將樹木年代學更高的精度與放射性碳測年的更廣泛適用性結合起來。