數學建模:馬王堆一號入墓年代的測定問題

湖南省長沙市馬王堆一號墓於1972年8月發掘出土,其時測得出土的木炭標本中碳—14平均原子蛻變數29。78次/分鐘,而新燒成的同種木炭標本中碳—14(C—14)平均原子蛻變數38。37次/分鐘,又知碳—14的半衰期為5730年,試由此推斷入葬的大致年代。

問題分析

放射性元素衰變的速度是不受環境影響的,它總是和該元素當前的量成正比,運用碳—14測定文物或化石年代的方法是基於下面的理由:

(1)宇宙射線不斷轟擊大氣層,使大氣層中產生碳—14而同時碳—14又在不斷衰變,從而大氣層中碳—14含量處於動態平衡中,且其含量自古至今基本上是不變的;

(2)碳—14被動植物體所吸收,所以活著的生物體由於不斷的新陳代謝,體內的碳—14也處於動態平衡中,其含量在物體中所佔的百分比自古至今都是一樣的;

(3)動植物的屍體由於停止了從環境中攝取碳—14,從而其體內碳—14含量將由於衰變的不斷減少,碳定年代法就是根據碳—14的減少量來判斷物體的大致死亡時間。

模型建立

數學建模:馬王堆一號入墓年代的測定問題

模型求解

數學建模:馬王堆一號入墓年代的測定問題

結果表明,馬王堆墓入葬年代大約在公元前123年左右的西漢中期,該結論與馬王堆出土文物的考證結果相一致。

本例中所顯示出的運用碳—14衰變來測定文物或化石年代的方法叫做碳定年代法。