追寻20年的疑问
自1929年发现北京猿人头盖骨化石之后,周口店就成了世界上最有价值的早期人类遗址之一。然而对于北京猿人所处的年代,却一直众说纷纭。
最初的发现者对沉积物和头盖骨形状进行分析,当时的估计是“四五十万年左右”。第一次科学的全面测定是在上世纪70年代末,当时科学家用了不平衡铀系法、裂变径迹法、古地磁法等多种测年法。1991年,北京大学考古系年代实验室又通过用二种铀系法测定了骨化石样品。
尽管这些测定的结果有正负十几万年的差别,但都没有否定“‘北京人’生活在距今四五十万年前”的结论。
也正是从1990年代初开始,自法国留学归国的沈冠军开始了对周口店的年代研究。在这位学放射化学专业出身的科学家看来,骨骼化石并不是理想中测年的载体,因为年代信息记录在骨头里不是高保真体系,误差很大。因此他更愿意从山洞中纯净致密的钟乳石钙板中寻找答案。
1991年,沈冠军对周口店第一地点的第1-2层钙板进行阿尔法能谱铀系法测年,结果为42万年,比过去认定的提早了至少10万年。
这个实验结果让沈冠军对“北京猿人距今四五十万年”的说法产生了怀疑,“第一地点的沉积物分为17层,从第10层起,就有人类活动的遗迹。”他觉得,如果第1-2层就有40万年左右,那么“四五十万年”的数字显然是被低估了。
到上世纪90年代,一种名为“热电离质谱铀系测年法”的新方法被应用在古人类遗址的年代测定上。2001年,沈冠军与美国同行合作,用此方法测得周口店第1-2层为“距今40万年”,误差仅为1万年;同时,测得第5层钙板的年代至少为60万年。而60万年已经是质谱铀系法可以测定的极限。
“秤砣已经挪到头了。”沈冠军解释说:“到60万年的时候,质谱铀系法得出的数据,其误差已大到接近不合理的地步,没法继续往前推进。”
正当沈冠军的探索不得不止步之际,2003年,《科学》杂志刊登了美国普度大学教授达里·格兰杰的研究成果,格兰杰与古人类学家合作,利用“铝铍埋藏测年法”测定了南非一个古人类遗址的年代。
对于这一方法的原理,沈冠军解释说,当宇宙射线打到地面时,会将石英(二氧化硅)中的硅原子和氧原子打破,生成铝和铍的同位素。在地表时,这两种同位素的比值一般固定在6.8左右,当石英被埋入地下,不再受到宇宙射线“轰击”后,这两种同位素都停止生成,并开始衰变。由于衰变速度不同,两者的比例开始变化,这种变化的表观半衰期是150万年。换句话说,埋的时候比值是6.8,150万年后是3.4。
随着“加速器质谱仪”的出现,科学家们可以通过准确测定这两种同位素的含量,由此计算出石英埋入地下的时间。
“全世界只有很少几台能精确测定铝26的加速器质谱仪,来自世界各地的专家都会把样品寄到格兰杰那儿,排着长队等待测试。”沈冠军说,或许是考虑到周口店遗址的重要价值,2004年,格兰杰答应了沈冠军提出的合作要求。
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