化石研究方法和历史时间怎样学

① 化石的年代是怎样测量的

化石的年代可由与之相关的地层年代来确定，但对每种化石又有其各种年代的确定法，这在人类化石等方面已获得成果。（1）用氟（F）确定年代（fluorinedating）。埋在地下的骨骼，其成分可被地下水中的氟所置换，结果为：

由于骨内的含氟量与埋没的时间成正比，可以根据氟含量推算骨骼在土中经过的时间。地下水中的氟含量因土地不同而有变动，因而同一时代的骨胳的含氟量也不一定相同，但大致的范围是：下更新世1.9—3.1％，中更新世1.7—2.8％，上更新世0.1—1.5％，现代0.1—0.3％。所谓辟尔当人的真实性，就是用这个方法否定的。（2）应用放射性碳（14C）的方法（radio－carbon dating）。大气中的14C是以二氧化碳形态与普通的CO2混合存在，而所有生物的碳源主要是大气中的CO2，虽然这些生物体中含量极低（占碳素的15.3 dpm／g），但总含有一定量的14C，在生物死亡后停止对CO2的吸收，而14C的量也以一定的比例减少，其半衰期为5，730年。根据这一事实，测定过去材料的放射性碳的含量，可以推断生物死后经过的年代。 W．F．Libby（1948）指出这种方法可有效地在考古学上应用，而现在在比较新的化石和考古学材料方面，比其他各种年代确定法更为准确，已被广泛应用。用这种方法确定年代的上限为西历纪元前后，下限可到4万年以前。

② 请问科学家是怎样研究化石的

生物化石的古生态研究是重建地史时期古地理、古气候的重要依据。每种生物都是生活在一定的环境，适应环境的结果。各种生物在其习性行为和身体形态构造上都具有反映环境条件的特征。利用这些特征就可以推断生物的生活环境，例如海生生物化石珊瑚、有孔虫等反映海洋环境；陆生植物叶片、树根、昆虫等则反映大陆环境。根据一个地质时期各种生物化石的生活环境和气候条件的研究，就可以推断该时期的海陆分布、海岸线位置和湖泊、河流、沼泽的范围等。古环境和古气候的重建对地质历史的了解是十分重要的。此外，生物的硬体部分还可以形成反映古环境、古气候的岩石标志，如贝壳岩反映海滨环境，生物岩礁反映低纬度暖海环境，泥炭或煤反映潮湿沼泽环境等。

化石资料的大量收集还为古生物的系统分类提供了基础。现代生物是古代生物经过漫长的地质时期发展而成的，各种生物之间都存在着不同程度的亲缘关系，从而建立了一个反映生物界亲缘关系和进化发展的自然分类系统。
化石研究意义

18世纪末至19世纪初，英国W．史密斯在地层层序律的基础上，根据化石的纵向分布建立了化石顺序律。这不仅利用化石确定地层时代，且为生物进化提供了证据。古生物学家发现地层层位越高，所含化石类别越多，化石的形态构造越复杂，反映了生物类别从少到多、形态构造从简单到复杂、从低级到高级的进化规律。

③ 考古学家是依靠什么来断定化石的时间的

根据碳14测定法
自然界中碳元素有三种同位素，即稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C。
14C由美国科学家马丁·卡门与同事塞缪尔·鲁宾于1940年发现。
14C的半衰期为5730年，14C的应用主要有两个方面：一是在考古学中测定生物死亡年代，即放射性测年法；二是以14C标记化合物为示踪剂，探索化学和生命科学中的微观运动。

一、利用宇宙射线产生的放射性同位素碳—14来测定含碳物质的年龄，就叫碳—14测年。已故着名考古学家夏鼐先生对碳—14测定考古年代的作用，给了极高的评价：“由于碳—14测定年代法的采用，使不同地区的各种新石器文化有了时间关系的框架，使中国的新石器考古学因为有了确切的年代序列而进入了一个新时期。

那么，碳—14测年法是如何测定古代遗存的年龄呢？

原来，宇宙射线在大气中能够产生放射性碳—14，并能与氧结合成二氧化碳形后进入所有活组织，先为植物吸收，后为动物纳入。只要植物或动物生存着，它们就会持续不断地吸收碳—14，在机体内保持一定的水平。而当有机体死亡后，即会停止呼吸碳—14，其组织内的碳—14便以5730年的半衰期开始衰变并逐渐消失。对于任何含碳物质，只要测定剩下的放射性碳—14的含量，就可推断其年代。

碳—14测年法分为常规碳—14测年法和加速器质谱碳—14测年法两种。当时，Libby发明的就是常规碳—14测年法，1950年以来，这种方法的技术与应用在全球有了显着进展，但它的局限性也很明显，即必须使用大量的样品和较长的测量时间。于是，加速器质谱碳—14测年技术发展起来了。

加速器质谱碳—14测年法具有明显的独特优点。一是样品用量少，只需1～5毫克样品就可以了，如一小片织物、骨屑、古陶瓷器表面或气孔中的微量碳粉都可测量；而常规碳—14测年法则需1～5克样品，相差3个数量级。二是灵敏度高，其测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16；而常规碳—14测年法则与之相差5～7个数量级。三是测量时间短，测量现代碳若要达到1%的精度，只需10～20分钟；而常规碳—14测年法却需12～20小时。

正是由于加速器质谱碳—14测年法具有上述优点，自其问世以来，一直为考古学家、古人类学家和地质学家所重视，并得到了广泛的应用。可以说，对测定50000年以内的文物样品，加速器质谱碳—14测年法是测定精度最高的一种。

二、碳-14标记化合物的应用。

碳-14标记化合物是指用放射性14C取代化合物中它的稳定同位素碳-12，并以碳-14作为标记的放射性标记化合物。它与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质，不同的只是它们带有放射性，可以利用放射性探测技术来追踪。

自20世纪40年代，就开始了碳-14标记化合物的研制、生产和应用。由于碳是构成有机物三大重要元素之一，碳-14半衰期长，β期线能量较低，空气中最大射程 22cm，属于低毒核素，所以碳-14标记化合物产品应用范围广。至80年代，国际上以商品形式出售的碳-14标记化合物，包括了氨基酸、多肽、蛋白质、糖类、核酸类、类脂类、类固醇类及医学研究用的神经药物、受体、维生素和其他药物等，品种已达近千种，约占所有放射性标记化合物的一半。

以碳-14为主的标记化合物在医学上还广泛用于体内、体外的诊断和病理研究。用于体外诊断的竞争放射性分析是本世纪60年代发展起来的微量分析技术。应用这种技术只要取很少量的体液（血液或尿液）在化验室分析后，即可进行疾病诊断。由于竞争放射性分析体外诊断的特异性强，灵敏度高，准确性和精密性好，许多疾病就可能在早期发现，为有效防治疾病提供了条件。

碳-14标记化合物作为灵敏的示踪剂，具有非常广泛的应用前景。
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参考资料：
1.碳14是碳的一种具放射性的同位素，于1940年首被发现。它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生，其半衰期约为5,730年，衰变方式为β衰变，碳14原子转变为氮原子。
2. 由于碳14半衰期达5,730年，且碳是有机物的元素之一，生物在生存的时候，由于需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变，生物死去后会停止呼吸，此时体内的碳14开始减少。人们可透过倾测一件古物的碳14含量，来估计它的大概年龄，这种方法称之为碳定年法。

④ 怎样知道化石形成的时间

化石（Fossil）存留在岩石中的动物或植物遗骸。通常如肌肉或表皮等柔软部分在保存前就已腐蚀殆尽，而只留下抵抗性较大的部分，如骨头或外壳。它们接着就被周遭沉积物的矿物质所渗入取代。许多化石也被覆盖其上的岩石重量压平。

化石，经过自然界的作用，保存于地层中的古生物遗体、遗体和他们的生活遗迹。

简单地说，化石就是生活在遥远的过去的生物的遗体或遗迹变成的石头。在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活时遗留下来的痕迹，许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机物质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着；同样，那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化的生物遗体、遗迹就称为化石。从化石中可以看到古代动物、植物的样子，从而可以推断出古代动物、植物的生活情况和生活环境，可以推断出埋藏化石的地层形成的年代和经历的变化，可以看到生物从古到今的变化等等。
【形成条件】
虽然一个生物是否能形成化石取决于许多因素，但是有三个因素是基本的：

（1）有机物必须拥有坚硬部分，如壳、骨、牙或木质组织。然而，在非常有利的条件下，即使是非常脆弱的生物，如昆虫或水母也能够变成化石。

（2）生物在死后必须立即避免被毁灭。如果一个生物的身体部分被压碎、腐烂或严重风化，这就可能改变或取消该种生物变成化石的可能性。

（3）生物必须被某种能阻碍分解的物质迅速地埋藏起来。而这种掩埋物质的类型通常取决于生物生存的环境。海生动物的遗体通常都能变成化石，这是因为海生动物死亡后沉在海底，被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。较细粒的沉积物不易损坏生物的遗体。在德国的侏罗纪的某些细粒沉积岩中，很好地保存了诸如鸟、昆虫、水母这样一些脆弱的生物的化石。

【演变过程】
人们已知道，由附近火山落下的火山灰曾覆盖过整片森林，在森林化石中有时还可见到依然站立的树，以很好的姿态被保存下来。流沙和焦油沥青通常也能迅速把动物掩埋起来。焦油沥青的行为好像一个捕获野兽的陷阱，又象防腐剂能阻止动物坚硬部分的分解。洛杉矶的兰乔?拉?布雷（Rancho laBrea）沥青湖由于在其中发现许多骨化石而闻名了，在其中发现的骨化石包括长着锐利牙齿的野猪、巨大的陆地树懒以及其它已经绝灭的动物。在冰期生存的某些动物的遗体被冻结在冰或冻土之中。显然，被冰冻的动物有的可以保存下来。

虽然地球上曾有众多的人们并不知道的生物生存过，而只有少数生物留下了化石。然而，使生物变成化石的条件即使都满足了，仍然还有其它原因使得某些化石从未被人们发现过。例如，很多化石由于地面剥蚀而被破坏掉，或它的坚硬部分被地下水分解了。还有一些化石可能被保存在岩石中，但由于岩石经历了强烈的物理变化，如褶皱、断裂或熔化，这种变化可以使含化石的海相石灰岩变为大理岩，而原先存在于石灰岩中的生物的任何痕迹会完全或几乎完全消失。还有很多化石则存在于无法获得来进行研究的沉积岩层中，也还有很好出露于地表的含化石的岩石分布在世界上的某些地方，却没有进行地质学研究。另外一个很普遍的问题是，可能由于生物的残体变成碎片或保存得很差，而不能充分显示出该生物的情况。

再者，当我们向过去回溯的时间越古老，化石记录缺失的时间间隔越长。岩石越老，受到破坏性力量的机会就越多，化石也就越加不可辨认。而且由于较古老的生物和今天的生物不同，因而对它们进行分类就很困难，这一情况使问题进一步复杂化了。然而，尽管如此，大量保存下来的生物化石仍为我们认识过去提供很好的记录。

动物和植物变成化石可以通过很多不同途径，但究竟通过哪种途径，通常取决于：

（1）生物的本来构成

（2）它所生存的地方

（3）生物死后，影响生物遗体的力。

大多数古生物学家认为生物残体的保存有四种形式，每一种形式取决于生物遗体的构成或者生物遗体所经历的变化。

生物的本来的柔软部分只有当它被埋在能够阻止其柔软部分分解的介质中时，才能得以保存。这种介质有冻土或冰，饱含油的土壤和琥珀。当生物在非常干燥的条件下变成木乃伊，也能保存它的身体上本来的柔软部分。这种情况一般只发生于干旱地区或沙漠地区，并且在遗体不被野兽吃掉的情况下。

大概动物柔软部分的化石得以保存的最着名的例子是在阿拉斯加和西伯利亚。在这两个地区的冻原上发现的大量的冻结的多毛的猛犸遗体——一种绝灭的象。这些巨兽有的已被埋藏达25000 年。当冻土融解，猛犸的遗体就暴露出来。也有些尸体保存得很不好，当它们暴露出来时，其肉被狗吃了，其长牙被象牙商倒卖。猛犸象的毛皮现在在很多博物馆展览，有的把猛犸象的肉体或肌肉放在乙醇中保存。

生物身体的柔软部分在东波兰的饱含油的土壤中也发现到，在这里有保存很好的一种绝灭的犀牛的鼻角、前腿和部分皮。在新墨西哥州和亚利桑那州的洞穴中和火山口里发现了地树懒的天然形成的木乃伊。这里的极端干燥的沙漠气候能够使动物的软组织在腐烂之前就全部脱水，并能保存部分的皮、毛、腱、爪等。

生物变成化石的更有趣和不寻常的一种方式就是在琥珀中保存。古代的昆虫可被某些针叶树分泌出的粘树胶所捕获。当松脂硬结后并进一步变成琥珀，昆虫便留在其中。有些昆虫和蜘蛛被保存得非常好，甚至能在显微镜下研究它的细毛和肌肉组织。

虽然生物体的软组织的保存形成了一些有趣的和令人叹为观止的化石，但这种方式形成的化石是相对罕见的。古生物学家更经常地是研究保存在岩石中的化石。

生物体上的硬组织也能被保存下来。差不多所有的植物和动物都拥有一些硬部分，例如蛤、蚝或蜗牛；脊椎动物的牙和骨头；蟹的外壳和能够变成化石的植物的木质组织。生物体的坚硬部分由于是以能抵抗风化作用和化学作用的物质构成的，所以这类化石分布的较普遍。无脊椎动物例如蛤、蜗牛和珊瑚等的壳是由方解石（碳酸钙）组成的，其中很多没有或几乎没有发生物理变化而被保存下来。脊椎动物的骨头和牙以及许多无脊椎动物的外甲含有磷酸钙，因为这种化合物抵抗风化作用的能力非常强，所以许多由磷酸盐组成的物质也能保存下来，如曾发现一枚保存极好的鱼牙。由硅质（二氧化硅）组成的骨骼也具有这种性质。微体古生物化石的硅质部分和某些海绵通过硅化而变成化石。另一些有机物具有几丁质（一种类似于指甲的物质）的外甲，节足动物和其它有机物的几丁质外甲可以成为化石，由于它的化学成分和埋葬的方式，使这种物质以碳的薄膜的形式而保存下来。碳化作用（或蒸馏作用）是生物埋葬之后在缓慢腐烂的过程中发生的，在分解过程中，有机物逐渐失去所含有的气体和液体成分，仅留下碳质薄膜。这种碳化作用和煤的形成过程相同。在许多煤层中可以看到大量的碳化植物化石。

在许多地方，植物、鱼和无脊椎动物就是以这种方式保存下它们的化石。

有些碳的薄膜精确地记录了这些生物的最精细的结构。

化石还可以通过矿化作用和石化作用而保存下来。当含矿化的地下水把矿物沉淀于生物体的坚硬部分所在的空间时，使得生物的坚硬部分变得更坚硬、抵抗风化作用的能力更强。较普通的矿物有方解石、二氧化硅和各种铁的化合物。所谓置换作用或矿化作用是生物体的坚硬部分被地下水溶解，与此同时其它物质在所空出来的位置上沉淀下来的过程。有些置换形成的化石的原始结构被置换的矿物所破坏。

不仅动植物的遗体能形成化石，而且表明它们曾经存在过的证据或踪迹也都能形成化石。痕迹化石能提供有关该生物特点的相当多的情况。很多壳、骨、叶以及生物的其它部分，都能以阳模和阴模的形式保存下来。如果一个贝壳在沉积物硬化成岩之前就被压入海底，它的外表特征就会留下压印（阴模）。如果阴模后来又被另外一种物质充填，就形成阳模。阳模能显示出贝壳本来的外部特征。外部阴模显示的是生物体硬部分的外部特征，内部阴模显示的是生物体坚硬部分的内部特征。

一些动物以痕、印、足迹、孔、穴的形式留下了它们曾经存在的证据。

其中如足迹，不仅能表明动物的类型，而且提供了有关环境的资料。恐龙的足迹化石不仅揭示了它的足的大小和形状，还提供了有关它的长度和重量的线索，留有足迹的岩石还能帮助确定恐龙生存的环境条件。世界上最着名的恐龙足迹化石发现于得克萨斯州索美维尔县罗斯镇附近的帕卢西河床中的晚白垩纪石灰岩中，年代大约在1.1 亿年前。留有恐龙足迹的大的石灰岩板被运到全世界的博物馆中，成为这种巨大爬行动物的哑证据。无脊椎动物也能留下踪痕。在许多砂岩和石灰岩沉积层的表面可以看到它们的踪迹。无脊椎动物的踪痕既有简单的踪迹，也有蟹及其它爬虫的洞穴。

这些踪痕提供了有关这些生物的活动方式和生活环境的证据。洞穴是动物为着藏身觅食而在地上、木头上、石头上以及其它能打洞的物质上打出的管状或圆洞状的孔穴，后来若被细物质充填，就可能得以保存下来。打出该洞穴的动物的遗体偶尔也能在充满洞中的沉积物中找到。在松软的海底，蠕虫、节肢动物、软体动物以及其它动物都可留洞穴。某些软体动物，如凿船虫——一种钻木的蛤、石蜊（Litho- domus）——一种钻石的蛤，它们的洞穴化石和钻孔化石也常常能被发现。在人们所知的最古老的化石之中，有管状构造，据认为这种管状构造是蠕虫的洞穴。在许多最古老的砂岩中，就有这种管状构造。

钻孔是某些动物为了觅食、附着和藏身而打的洞。钻孔经常出现在化石化的贝壳、木头和其它生物体的化石之上。钻孔也是一种化石。象钻孔蜗牛这种食内动物就能穿过其它动物的壳来钻孔以吃食其软体部分。许多古代软体动物的壳上可见到象是钻孔蜗牛打的整齐的洞。

化石对于追溯动植物的发展演化是有用的，因为在较老的岩石中的化石通常是原始的和较简单的，而在年代较新的岩石中的类似种属的化石就要复杂和高级。

某些化石作为环境的指示物是很有价值的。例如造礁珊瑚似乎总是生活在与今天相似的条件下。因此，如果地质学家找到了珊瑚礁化石——珊瑚最初被埋藏的地方，就可以有理由地认为，这些含有珊瑚的岩石形成于温暖的相当浅的海中。这就使得勾画出史前时期海的位置及范围成为可能。珊瑚礁化石的存在还可指示出古代水体的深度、温度、底部条件和含盐度。

化石的一个更重要的用途是用来进行对比——确定若干岩层间彼此相互关系的密切的程度。通过对比或比较各岩层所含的特征化石，地质学家可以确定一个特定区域的某种地质建造的分布。有的化石在地质历史上生存的时间相当短，然而在地理分布上却相当广泛。这种化石被称为指示化石。由于这种化石通常只是和某一特定时代的岩石共生，所以在对比中特别有用。

微体生物的化石对于石油地质工作者作为指示化石特别有用。微体古生物学家（研究微体古生物的学者）通过对从钻孔中取得的岩心进行冲洗、将微小的化石分离出来，然后在显微镜下进行研究。通过对这些细小的古生物遗体的研究所获得的资料对于判断地下岩层的年代和储油的可能性是非常有价值的。微体古生物化石对于世界油田之重要可从某些储油地层用某些关键的有孔虫的属来命名这一点见其一斑。其它微体古生物化石，例如：介形虫、孢子和花粉，也被用来确定世界其它许多地区的地下岩层。

虽然植物化石对于指示气候十分有用，但用于地层对比就不很可靠。植物化石提供了许多有关整个地质时代的植物演化的资料。

⑤ 科学家们是怎样推断化石形成的地质年代的

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

⑥ 推断化石的历史地质年代用什么方法

碳14测年，又称碳—14年代测定法或放射性碳定年法，就是根据碳—14衰变的程度来计算出样品的大概年代的一种测量方法。这一原理通常用来测定古生物化石的年代。
碳14由于受到宇宙射线中子对碳14原子的作用，不断地形成于大气上层。它在空气中迅速氧化，形成二氧化碳并进入全球碳循环。动植物一生中都从二氧化碳中吸收碳14。当它们死亡后，立即停止与生物圈的碳交换，其碳14含量开始减少，减少的速度由放射性衰变决定。放射性碳定年本质上是一种用来测量剩余放射能的方法。通过了解样品中残留的碳14含量，就可以知道有机物死亡的年龄。但必须指出的是，放射性碳定年结果表明的是有机物死亡的时间，而不是源自该有机物的材料的使用时间。
碳14的衰变需要几千年，正是大自然的这种神奇，形成了放射性碳定年的基本原理，使碳14分析成为揭示过去的有力工具。在放射性碳定年过程中，首先分析样品中遗留的碳14。被分析的样品的碳14比例可以说明自样品源死亡后流逝的时间。报告的放射性碳定年结果是未校准年BP（迄今），其中BP是指公元1950年。接着进行校准，将BP年转换为历年。随后将该信息与准确的历史年龄联系起来。

⑦ 四川发现距今约1.6亿年的恐龙化石，考古学家是怎样确定化石年份的

考古科学家推论年代的方法，就是利用碳14，还有树木年轮校正、以及热释光等测年技术，虽然测量年份的方法有很多种，但每一种方法都具有局限性，并不是非常准确。

虽然方法很多但目前最准确的方法就是碳14的测量也称为放射性碳定年，这个方法只对那些活到58000至62000年前的生物有效。根据年代测定在原始发现的器物附近发现的生物体样品，考古学家就能知道这件文物的时间和历史信息。活着时有机体会自然吸收碳14，但是当它们死亡时，就不再吸收碳14。由于有有机物的埋藏，碳14的半衰期在5000年的半衰期内逐渐衰变，频率也随之降低。测定样本中碳14的准确数量，就能给出对应工件生成日期的近似值。