你吃的是什么?對考古學(xué)家來說，這是一個至關(guān)重要的問題，他們可以根據(jù)古代骨骼樣本的化學(xué)特征推斷出一個人的飲食，甚至是大規(guī)模的人口遷徙活動。穩(wěn)定同位素分析法用于研究考古材料中元素的細(xì)微差別，可以幫我們解開許多謎團(tuán)，包括氣候、飲食、骨骼和其他物質(zhì)的地理起源。
穩(wěn)定同位素分析著眼于不同元素的同位素——含有額外中子或缺失中子的原子。不穩(wěn)定的同位素，如碳-14，會隨著時間的推移發(fā)生衰變，而穩(wěn)定的同位素則不會。已知的穩(wěn)定同位素超過250種，元素周期表前82種元素中有80種含有穩(wěn)定同位素。有機(jī)化合物和無機(jī)化合物都含有穩(wěn)定同位素，它們之間的比值可以作為一個標(biāo)志特征。
解開古老謎團(tuán)
上世紀(jì)70年代，考古學(xué)家Nikolaas van der Merw在南非的一處遺址上發(fā)掘了一具特別的骸骨，與同時期發(fā)現(xiàn)的其他骸骨有很大差別。他與同位素物理學(xué)家John Vogel和古人類學(xué)家Philip Rightmire一起展開了研究，他們決定用同位素分析法鑒定這具骸骨。分析顯示，這名古人類的飲食與挖掘過程中發(fā)現(xiàn)的其他古人類的飲食不同，這表明狩獵采集者（比如該遺址中發(fā)現(xiàn)的這些古人類）與該地區(qū)的農(nóng)民在很早之前有過互動。
為了證明玉米早在公元1000年左右就被引入北美東部林地地區(qū)，Van der Merwe和Vogel繼續(xù)對來自美國的考古材料進(jìn)行了穩(wěn)定同位素分析。
考古學(xué)家打開了在秘魯潘帕 ?拉克?魯斯遺址（Pampa La Cruz site）發(fā)現(xiàn)的兒童祭品。通過分析這個兒童的骨頭，研究人員就能得知這一古代文明中的人們?yōu)楹螘米约旱暮⒆幼黾榔贰?/p>
攝影：MARK THIESSEN, NAT GEO IMAGE COLLECTION
對研究人員來說，同位素特征用處極大。例如，植物會吸收穩(wěn)定的碳-12和碳-13同位素，這兩種同位素在地球大氣中的比例都是十分穩(wěn)定的?？諝庵械奶?12和碳-13可以通過土壤以及植物吸收的水分傳遞給植物。在光合作用過程中，水量、陽光和其他因素都會改變植物的碳同位素比率。
植物光合作用的碳同化途徑有三種:C3、C4和CAM。研究人員可以通過不同的碳同化途徑推測出植物的種植地以及它們所承受的環(huán)境條件。當(dāng)植物被動物攝取時，就會成為動物身體的一部分。反過來，通過分析動物毛發(fā)、牙齒和骨骼中碳的含量，可以得出它們所食用植物的碳同位素比值。
這樣一來就能判斷植物的光合作用類型，從而知曉生物體吃的是哪種植物，以及何種環(huán)境條件造就了它們。同位素還可以揭示個體所承受的氣候條件(例如，生活在干旱環(huán)境中的人，含有更多的氮-15)，或者表明人口是如何遷移的。
時間的快照
其他同位素能夠揭開與考古材料有關(guān)的各種信息。牙齒在生長過程中會吸收鍶同位素，可以將個體童年的生活區(qū)域信息收集起來，如同一本快照集。而骨骼細(xì)胞處于不斷更新狀態(tài)，因而骨骼中的鍶能反映出個體后來生活的地方。
將兩者進(jìn)行對比就能揭示個體一生的活動，或者表明一個人的埋葬地并不是他的出生地。氮同位素可以揭示一個孩子開始吃固體食物時的年齡。
現(xiàn)在，穩(wěn)定同位素的應(yīng)用十分廣泛，從骨頭到鍋上的食物殘渣等等。它們也可以用來鑒別不同金屬的來源。
但是同位素分析并非萬金油，分析中用到的材料成本昂貴，且該方法對燃燒過的材料不起作用，操作過程中必須小心避免污染。樣本年代越久，從中推斷出來的信息就越少，因為骨膠原在5萬年后會分解。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^這一方法了解古人類的起源以及他們的行為。
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