历史地质学/放射性碳年代测定
在本文中，我们将讨论放射性碳年代测定的工作原理，其适用条件以及该方法的局限性。
放射性碳年代测定过程中涉及三个重要的同位素。
14N（氮-14）在高层大气中被所谓的宇宙射线（来自外太空的高能粒子轰击地球大气层）中的中子轰击转化为14C（碳-14）。这种同位素被称为宇宙成因。形成后，新生的碳原子迅速氧化形成二氧化碳分子（CO2）。
14C是一种不稳定同位素，通过β衰变以约5730年的半衰期衰变回14N。由于每年产生的14C的量或多或少是恒定的，而被破坏的量与现存量成正比，可以证明，大气中任何时间14C的量或多或少是恒定的：14C的产生和衰变过程产生了一种平衡。
同样重要的是稳定碳同位素12C；它占大气碳的98.89%，而14C仅占0.0000000001%。剩余部分由稳定同位素13C组成，本文不再赘述。
地球碳循环相当简单：植物通过光合作用从大气中获取碳；草食动物从植物中获取碳，肉食动物从草食动物中获取碳。有机体死亡后，腐烂过程会将碳返回大气，除非它被封存——例如，以煤的形式。
这意味着当一个有机体活着时，它的14C/12C比例与大气中的比例相同。但是，当有机体死亡后，它就与大气碳源隔绝了，14C开始衰变为14N，比例也开始发生变化。
这立即提供了一种对有机遗骸进行年代测定的方法。如果我们测量有机样本中12C的量和14C的量，那么由于我们知道大气比例和存在的12C的量，我们可以推断出最初存在多少14C。然后，由于我们知道最初存在多少，由于我们可以测量现在存在多少，由于我们知道14C的衰变速率，计算样本的年龄就很简单了。
这种方法被称为放射性碳年代测定、碳年代测定、14C年代测定或C-C年代测定。
这种方法的一个优点是，我们不必担心碳从样本中丢失。因为我们测量的是两种碳同位素的丰度，因为同一种元素的同位素在化学上是相同的，因此任何普通过程都不能优先去除12C或14C，因此任何碳去除过程都会使12C/14C比例保持不变，这种方法仍然有效。
这种方法有各种局限性。首先，14C的量一开始就很小，只占大气碳的0.0000000001%，随着衰变过程的进行，它会越来越小。大约60,000年后，这种物质的量将太小，无法被我们的仪器准确测量，我们只能说样本的年龄大约为60,000年或更久。因此，放射性碳年代测定对考古学家来说比对地质学家来说更有趣。
两个因素也干扰了对最近样本的年代测定。热核武器的试验使大气中的14C增加，在1960年代中期达到峰值；而化石燃料的燃烧一直在导致大气中12C的增加；这并没有伴随着14C的相应增加，因为煤炭和石油中的碳很古老，它们所含的14C的量微乎其微。幸运的是，很少需要使用放射性碳方法对最近的样本进行年代测定。
第三，这种方法的本质决定了它只能应用于有机遗骸：对岩石或矿化的化石进行年代测定是毫无意义的。
第四，有机遗骸中的碳必须起源于陆地碳循环以及植物进行的光合作用。如果不是这种情况，有时可以对这一事实进行校正；而在其他情况下，年代测定是不可能的。
例如，海洋碳的行为与陆地循环中的碳大不相同。海洋中碳的停留时间可以达到几十万年（碳的停留时间定义为一个碳原子在海洋中停留的平均时间）。这会使样本的表观年龄增加约400年，具体取决于生物体在海洋中的生活和死亡地点。给出经纬度后，海洋储层数据库会提供相应的日期校正值。
由于人类食用海鲜，这也会影响对人类的碳年代测定，更糟糕的是，它以一种不一致的方式进行，因为人类对海鲜的消费量因地点和文化而异。然而，可以通过测量样本中稳定同位素15N/13C的比例来估计膳食中的海洋成分：这种比例越高，个人消费的海鲜越多。这使得考古学家能够估计这种影响的大小并对其进行校正。
我们必须考虑的另一个碳来源是风化作用的石灰石。其结果是为溪流、河流和湖泊提供溶解的碳酸钙来源；如果淡水贝类（例如）利用这种物质来建造它们的贝壳，那么它们就利用的是数百万年前的碳来源。显然，在这种情况下应用放射性年代测定毫无意义。另一个古老碳来源是火山喷发：在火山喷发是CO2的重要来源的地区，生长在那里的植物看起来比实际年龄要老。
即使参与了陆地碳循环也不能完全保证日期：例如，我们可以想象白蚁吃掉了200年历史的房子的木头；这些白蚁的年代将是200年或更久（取决于树木的年龄）。然而，总的来说，生物体往往会消耗新鲜的植被或新鲜的肉类，因此，这种问题在实践中不太可能出现。
我们可以通过将放射性碳年代测定的结果与历史记录中的已知日期进行比较来检验其有效性，以确保它确实给了我们正确的答案。
我们还可以将放射性碳年代与其他已知日期进行比较。例如，我们已经讨论了使用年纹层进行年代测定；现在，由于年纹层在形成时会包含有机物质，我们可以检查当我们对一个年纹层进行放射性碳年代测定时，我们得到的日期是否与通过计算年纹层获得的日期相同。
同样，显然可以对树木的生长轮进行碳年代测定，并将放射性碳年代测定的结果与树木年代学产生的日期进行比较。这种日期通常在1%到2%之间。
虽然放射性碳测年结果与树木年代学密切吻合，但并不完全一致。普遍认为树木年代学测年结果更准确。大气中14C的比例并非绝对恒定；例如，火山活动会减少14C的比例，因为火山喷发的二氧化碳比大气中的二氧化碳含有更多的12C。相比之下，树木年代学中使用的树木属种的行为更为可靠和一致。
因此，标准程序是对原始放射性碳测年结果进行微调，使其与树木年代学结果一致，得到所谓的校正后的放射性碳测年结果。这使我们能够将树木年代学更高的精度与放射性碳测年的更广泛适用性结合起来。