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考古观察:磁性主教辖区

在格雷厄姆·博拉代尔(Graham Borradaile)发现之前,考古学家并不知道,一个强大的测年工具就隐藏在世界上每一座石砌建筑和雕像中。

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位于英格兰林肯的旧主教宫殿(Old Bishop's Palace),建于1155年至1880年代的各个时期,曾是中世纪教士们辉煌的居所。但几个世纪以来,它年久失修,一度野兔甚至在餐厅里繁殖。如今经过部分修复,这里成了格雷厄姆·博拉代尔(Graham Borradaile)——一位安大略省雷湾湖畔大学(Lakehead University)的地球物理学家——最喜欢逗留的地方。这座宫殿已成为他研究的重要组成部分。其古老的石墙和塔楼使他能够开发出一项新技术,该技术将使考古学家能够精确测定那些迄今为止年龄难以或不可能确定的石制纪念碑和建筑的年代。

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博拉代尔在拜访住在林肯的父母时,萌生了开发一种新测年方法的想法。他意识到,主教宫殿的每一块石头都像是一个化石指南针。地质学家们知道,地球的磁场可以以两种方式在岩石上留下印记。最强的印记发生在岩石首次凝固时。当熔岩冷却时,铁原子的电子会与地球磁场对齐。通过研究这些岩石,地质学家们了解到,地球磁场每几百万年就会翻转一次方向,因为不同年代的岩石内部都带有不同的化石指南针磁向。

地球磁场可以以第二种、更微妙的方式影响岩石。经过数百年,正常的环境温度可以提供足够的能量来搅动岩石中的原子。一些原子会被地球磁场吸引,并转向北方。这种形式的软磁化会部分覆盖或遮蔽岩石凝固时留下的硬磁化印记。地质学家通常认为这种覆盖是碍事的。事实上,为了揭示过去磁场逆转的更古老的印记,他们通常会加热岩石以破坏更脆弱的软磁化层。(较老的化石磁印记可以承受足以消除较新印记的温度。)但当其他地质学家只看到障碍时,博拉代尔却看到了一个有用的工具。

岩石中软磁化的程度会随着时间的推移而增加。一块岩石朝向某个特定方向的时间越长,其原子就越有可能与地球磁场对齐。如果一块岩石被移动,比如被一位建造中世纪主教宫殿的石匠移动了,磁性重新排列就会重新开始。岩石被移动的时间越长,消除这种软化石指南针所需的温度就越高,因为铁原子中会有更多的电子重新排列。

博拉代尔意识到,主教宫殿提供了一个完美的手段来校准他的测年方法。由于宫殿的建造和历次重建都有详细的文献记载,他可以从一块建于1160年左右的墙壁上取一块石头,然后测量消除这块石头在宫殿墙壁中所处时期其软磁记忆所需的温度。然后,他就可以利用这些知识来测定世界各地成分相似的岩石的年代。

因此,博拉代尔从宫殿不同建造时期的部分取了拳头大小的样本,并仔细记录了石头原来的位置。回到他在加拿大的实验室,博拉代尔将每个样本放入一个热退磁器中——一种由磁屏蔽包围的电炉,可以屏蔽地球磁场。他加热每个样本,直到软磁化层被破坏。

博拉代尔发现,例如,来自1850年建造的墙壁的岩石,在软磁化消散前需要约390度的加热,而来自主教·阿兰威克(Bishop Alnwick)约1440年建造的觐见厅的石头则需要500度。而建在同一地点,用于安置退役军团士兵的四世纪罗马定居点的墙壁则需要加热到660度。

博拉代尔正计划今年夏天前往复活节岛,为那些巨大而神秘的雕像测定年代。他说,人们认为它们大约建于十二世纪到十五世纪之间,但我们并不十分确定,因为这只是基于口头传说。

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