碳有三种同位素分别是碳12、碳13和碳14。碳14是碳的一种放射性同位素，碳的各种同位素存在于生物体(农作物、树木、动物以及人)中，构成这些生物体的有机分子便含有碳的同位素。碳12和碳13没有放射性，从地球形成时它们就已存在。自然界中不断地产生着碳14，但它不是由其他放射性同位素衰变生成的，而是由宇宙射线穿过高层大气层时产生的。
碳14在大气层中和氧气化合形成二氧化碳。由于宇宙射线的强度稳定不变，大气中二氧化碳的浓度也不会改变。在地球上活着的生物体内，由于新陈代谢的作用，吸收和放出的二氧化碳的过程保持不变。所有的生物都吸收微量的碳14，碳14与稳定的碳共存于细胞中。生物死亡以后，失去新陈代谢作用，不再摄入新的碳14，生物体内的碳14不断发生放射性衰变，并按固定的半衰期的衰变速度减少。人们把放射性物质蜕变后，使原有数量减少一半所用的时间，称为“半衰期”，自然界碳14的半衰期为5730年。动、植物死亡之后，停止了与大气进行碳素交换，原来生物体内的碳14得不到补充，而碳14的衰变过程并没有停止，从这时起，“考古钟”就走动起来。每隔5730年，碳14的含量就减少到原来的一半，每隔11460年就减少到原来的四分之一……这样，我们只要能测量出标本中的放射性碳14已经减少到多少，就可以推算出它的实际年龄。
据说在20世纪80年代末教会用高科技澄清了一个历史大悬案。这就是关于耶稣裹尸布的真伪鉴定，鉴定证明了那块使人崇敬了多年的裹尸布是假的，它的原料纤维是13世纪才种出来的，而此时耶稣已被钉在十字架上1200多年了。这个轰动世界的年代鉴定是由碳14作出的。
碳14在自然界的含量非常少，它和碳总量的正常比例只有一万亿分之一。但利用高科技产品加速器质谱仪，根据不同粒子的拐弯半径不同可以容易地捕捉到碳14，通过测定埋藏地下或保存放置的生物体中的碳14和碳12的比例，按碳14已知的固定衰变速率进行计算，即可测出该生物体或文物的年代。因为加速器质谱仪能够数碳14的原子，就大大拓宽了碳14的测年范围，适用于了解从几百年到几万年历史时间内的具体年代。
在经济建设中，碳14测定年代有许多应用价值。建设电站、港口、桥梁和高层建筑等，地质基础的工程力学性质是工程设计的重要指标，不同的沉积层具有不同的工程力学特征。一般说来，沉积物的压实程度或固结程度与该地层形成的年代相关，即形成年代越长，固结程度越高，抗冲击和承压性越好。据说，建北京饭店时，当挖至地面以下13米深处时，发现有两棵直径达1米的榆树倒卧在河流沙砾层中，用碳14测定该树距今约为29285±1350年。据此数据，建工部门决定停止再向下挖，而使用该层作地基，节约了大量资金。近年来，人们通过研究溶洞中的石钟乳，已经测出3亿万年以上的古气候史。这对于指导一个地区的宏观生态有着重要意义。美国化学家利比，根据碳14半衰期这一特性，创立了一种崭新的化学分析法——放射性碳14断代法。由于这种方法应用广泛，准确无误，具有重大原科学价值，因此，他于1960年获得了诺贝尔化学奖。
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