黑曜石水合定年（OHD）是一种科学的定年技术，它利用对称为黑曜石的火山玻璃（一种硅酸盐）的地球化学性质的了解来提供有关人工制品的相对和绝对日期。黑曜石在世界各地都有露头，并且被石器制造商优先使用，因为它非常容易使用，破碎时非常锋利，并且有各种鲜艳的颜色，黑色、橙色、红色、绿色和透明。

快速事实：黑曜石水合年龄测定

• 黑曜石水合定年（OHD）是利用火山玻璃独特的地球化学性质进行的科学定年技术。
• 该方法依赖于第一次暴露在大气中时在玻璃上形成的外皮的测量和可预测的生长。
• 问题在于外皮的生长取决于三个因素：环境温度、水蒸汽压和火山玻璃本身的化学性质。
• 吸水率测量和分析方面的最新进展有望解决一些问题。

黑曜石水合年龄测定的原理和方法

黑曜石在形成过程中含有水分。在自然状态下，黑曜石有一层厚厚的外皮，这是在它第一次冷却时，水扩散到大气中形成的。技术术语是“水合层”。当新鲜的黑曜石表面暴露在大气中时，如当它被破碎制成石器时，更多的水被吸收，外皮开始重新生长。这种新外皮是可见的，可以在高倍放大（40-80倍）下测量。

根据暴露时间的长短，史前外皮可以从小于1微米（µm）到大于50µm不等。通过测量厚度，我们可以很容易地确定一个特定的人工制品是否比另一个旧（相对年龄）。如果已知水扩散到玻璃中的速率（这是一个棘手的部分），你可以使用OHD来确定物体的绝对年龄。这种关系非常简单：Age=DX2，其中Age以年为单位，D为常数，X为水合皮厚度（以微米为单位）。

定义常数

几乎可以肯定的是，每一个制作过石器、知道黑曜石以及在哪里找到黑曜石的人都使用过黑曜石：作为玻璃，黑曜石以可预测的方式破碎，并产生极其锋利的边缘。用未加工的黑曜石制作石器打破了黑曜石的外壳，开始计时。测量破损后的果皮生长可以用一台可能已经存在于大多数实验室的设备来完成。听起来确实很完美，不是吗？

问题是，这个常数（暗藏在那里）必须结合至少三个已知影响外皮生长速率的其他因素：温度、水蒸汽压和玻璃化学。

在地球上的每一个地区，当地气温每天、季节性地波动，并在更长的时间尺度上波动。考古学家认识到这一点，并开始创建一个有效水化温度（EHT）模型，以跟踪和解释温度对水化的影响，作为年平均温度、年温度范围和日温度范围的函数。有时，学者们会加入一个深度修正系数来解释埋藏文物的温度，假设地下条件与地表条件明显不同——但到目前为止，对其影响的研究还不多。

水蒸气与化学

在发现黑曜石人造物的气候中，水蒸汽压变化的影响尚未像温度的影响那样被深入研究。通常，水蒸气随海拔高度变化，因此通常可以假设场地或区域内的水蒸气是恒定的。但OHD在南美洲安第斯山脉等地区很麻烦，那里的人们将黑曜石文物带到海拔高度的巨大变化中，从海平面沿海地区到4000米（12000英尺）以上的高山。

更难解释的是黑曜石中不同的玻璃化学成分。即使在完全相同的沉积环境中，一些黑曜石的水合速度也比其他黑曜石快。你可以寻找黑曜石的来源（也就是说，确定发现一块黑曜石的自然露头），因此你可以通过测量来源中的速率并使用这些速率创建特定于来源的水合曲线来纠正这种变化。但是，由于黑曜石中的水分含量可能会有所不同，即使是在单一来源的黑曜石结核中，该含量也会显著影响年龄估计。

水结构研究

调整气候变化校准的方法是21世纪的一项新兴技术。新方法使用二次离子质谱（SIMS）或傅里叶变换红外光谱对水合表面上氢的深度分布进行了严格评估。黑曜石中水分含量的内部结构已被确定为控制环境温度下水分扩散速率的具有高度影响力的变量。还发现，此类结构（如含水量）在公认的采石场来源内有所不同。

结合更精确的测量方法，该技术有可能提高OHD的可靠性，并为评估当地气候条件，特别是古温度状况提供一个窗口。

黑曜石历史

自20世纪60年代以来，黑曜石可衡量的果皮增长率已被公认。1966年，地质学家欧文·弗里德曼（Irving Friedman）、罗伯特·L·史密斯（Robert L.Smith）和威廉·D·朗（William D.Long）发表了第一份研究报告，这是新墨西哥州瓦尔斯山脉黑曜石水化实验的结果。

自那时起，在水蒸气、温度和玻璃化学的公认影响方面取得了重大进展，确定并解释了大部分变化，创造了更高分辨率的技术来测量外皮和定义扩散剖面，发明和改进了EFH的新模型，并对扩散机制进行了研究。尽管有局限性，黑曜石水合日期远比放射性碳便宜，而且它是当今世界许多地区的标准日期测定方法。

来源

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• Nakazawa，Yuichi，et al.“黑曜石水合作用测量的系统比较：显微图像与二次离子质谱法首次应用于史前黑曜石”，《第四纪国际》（2018年）。印刷品。
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• 罗杰斯、亚历山大K.和克里斯托弗M.史蒂文森。“黑曜石实验室水合作用协议及其对水合率准确性的影响：蒙特卡罗模拟研究”，《考古科学杂志：报告16》（2017）：117-26。印刷品。
• 史蒂文森、克里斯托弗·M、亚历山大·K·罗杰斯和迈克尔·D·格拉斯科。“黑曜石结构含水量的变异性及其在文物水合年龄测定中的重要性”，《考古科学杂志：报告23》（2019）：231-42。印刷品。
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