利用同位素分析古代的气候环境

同位素分析不仅可以对样品和遗址进行断代，同时可以对样品的同位素成份研究，提供环境考古学的信息。

    我们知道碳有三种同位素：碳12、碳13和碳14，而碳13与碳12的比率不是恒定的。在植物里，碳13和碳12的比率主要取决于植物的种类，在动物中，碳13和碳12的比率主要受动物所吃食物的影响。所以对人类骨头中碳13和碳12的比率的测定，可以提供古代人类饮食方面的重要信息。如从发掘出来的人骨中可以判断该人是游牧民或是从事种植业者等。

    碳同位素分析的原理是，当植物被人类和动物吃掉后，这些值的差别会保持在食物链里，虽然植物被吃掉时有3‰的植物会发生进一步的分馏，对于人类的骨头来说，情况就比较复杂了，因为人们的饮食中既有植物又有动物，还有海生动物，特别是海生动物，它可以吸收溶在海水里的碳酸盐。陆生动物也会引起碳13的变化，这对研究某一部落随时间变化的饮食情况，或不同部落饮食间的异同有一定的帮助。科学家认为通过同一样品中骨头里的有机组分（骨胶原）和无机组分（碳酸盐）的比较研究，可反映古代的饮食情况。他们把有机组分和无机组分转变成二氧化碳，测量碳13的变化值，就可大致得出古人的饮食情况。比如是以海生食物为主，还是以陆生食物为主等。目前，人们利用质谱测定碳同位素比率的方法，对美洲南部、非洲南部和欧洲的一些遗址进行了研究，不仅提供了古代饮食方面的信息，而且还验证某些部落是不是游牧民，甚至得出某地区饮食资源对人口增长的影响。

    氧气是人类生存须臾不可缺的物质。氧有三种稳定的同位素氧16 、氧17、氧18，在自然中存在的比例分别为99.76%、0.037%和0.204%。海洋氧同位素分析具有许多优点，它可以提供过去两百万年间气候发生变化的信息。如利用氧18放射性同位素的含量，就可以研究结冰时的温度，还能从沉积物里得到一些关于气候变化时间的年代。科学家利用氧同位素分析法获得了一些冰河作用期间和间冰河期间的时间长度及相对温度方面的宝贵信息。

    海洋中碳酸盐里的氧同位素，除了能反映长时间古代气候的变化之外，还可以反映季节的变化，比如，许多软体动物的外壳是由大量可以观察到的连续层集结而成，原来认为这种集结层的每一层对应于每一天的增长，这些层是逐年积累起来的，科学家发现，这种增长每年仅发生六个月，每层的氧同位素反映该层在沉积时水的温度。氧同位素分析还可以间接用于提供软体动物作为食物的信息。科学家应用氧同位素分析了距今约8650～6800年间的西班牙北部遗址里的贝壳，以检查他们在一年里生长的情况，结果发现贝壳的增长率取决于贝壳的年龄，而且3年的贝壳比4年的贝壳增长得慢。

    此外，还可利用氮同位素分析古代人类的饮食信息。如豆科植物能利用或固化空气中的氮，而其它植物和动物必须吸收固化氮，转变成化合物形成氮。这可将含豆科植物的饮食与不含的区分开来，达到了解古人不同饮食状况的目的。