30年前,，光學(xué)測年技術(shù)被首次提出，從此徹底革新了人類對過去50萬年所發(fā)生事物的研究。在本文中,，兩位光學(xué)測年技術(shù)的實(shí)踐者將評價光學(xué)測年的影響,，并展望其未來。

30周年紀(jì)念日通常會和珍珠聯(lián)系起來（譯注：如結(jié)婚30周年稱珍珠婚）,，而珍珠的金字招牌就是通過反射,、折射、衍射所產(chǎn)生的璀璨光澤,。2015年是國際光年,，在這一年里慶祝光學(xué)測年技術(shù)的誕生再合適不過了。恰好是在30年前,，大衛(wèi)·亨特利（David Huntley）與其同事在《自然》上撰文,，首次提出了光學(xué)測年技術(shù)。文章作者提出,，光學(xué)測年是一種測定風(fēng)力或水力搬運(yùn)的礦物顆粒在被埋藏前（如在沉積地貌中）最后一次接受太陽光曬退的時間的方法,。自此之后，光學(xué)測年技術(shù)自此成為全世界科學(xué)家必備的工具,，使得為距今50萬年內(nèi),、甚至更久遠(yuǎn)的時間里所發(fā)生的地質(zhì)、生物,、考古事件定年成為可能——遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了放射性碳測年5萬年的測年局限,，也不需要像放射性碳測年那樣進(jìn)行后期校準(zhǔn)。

光學(xué)測年利用了石英,、長石等常見礦物中光敏電子陷阱的物理性質(zhì),，這些電子陷阱相當(dāng)于原子級別“時間膠囊”。一旦接受陽光照射,，礦物顆粒的光敏電子陷阱就會被立刻清空,，而在不見光的埋藏環(huán)境中，由于不斷接收周圍環(huán)境的輻射,，光敏電子陷阱又會以穩(wěn)定的速率重新填充（圖1）,。在實(shí)驗室中估算礦物顆粒過去吸收的輻射劑量，再除以它們吸收周圍環(huán)境電離輻射的速率,，便可計算出礦物顆粒最后一次接受陽光曬退的時間,。

亨特利，與安·溫特爾（Ann Wentle）一道,，曾在開發(fā)另一種可靠的測年方法中起到關(guān)鍵性的作用,，即針對未受熱沉積物的熱釋光測年法。該方法的技術(shù)和光學(xué)測年密切相關(guān),，不同之處在于熒光陷阱是由加熱礦物顆粒而清空的,。在這個過程中，光學(xué)惰性陷阱和光敏陷阱中的電子都會被逐出。與之相反,，光學(xué)測年法是直接作用于后者的,。亨特利等人通過使用高能氬離子激光器發(fā)出的綠光從石英顆粒中激發(fā)較弱的光釋光（OSL）信號。然后他們將該信號與在實(shí)驗室中接受輻射的礦物顆粒產(chǎn)生的光釋光（OSL）信號相比較,，來估算過去的輻射量,，繼而估算出顆粒埋藏的時間。

a.礦物顆粒在被空氣,、水搬運(yùn)或是覆在地表時暴露在陽光下,。被礦物晶格中光敏陷阱捕獲的電子被光照逐出，回到它們正常的原子位,。b.當(dāng)?shù)V物顆粒被埋藏,、不再接受光照，周圍環(huán)境的輻射會使電子偏離其正常電子位,，從而被電子陷阱捕獲,。c.如果將顆粒采集起來（避免光照），在實(shí)驗室中用紅外線或可見光（綠光或藍(lán)光）照射,，就會清空電子陷阱，產(chǎn)生光釋光（OSL）信號,。光釋光信號經(jīng)光電倍增管放大,，利用光子計數(shù)系統(tǒng)測量。用來計算礦物顆粒埋藏時間的歷史輻射劑量,，是利用在實(shí)驗室中會產(chǎn)生相同強(qiáng)度光釋光信號的等效輻射量來估算的,。通過濾波器將光釋光信號與無關(guān)輻射及激發(fā)光線分離開。

這一方法很快就被另一支團(tuán)隊用類似的激光器運(yùn)用到實(shí)踐中,，但光學(xué)測年真正推廣開來,，還是在長石對紅外線極為敏感這一現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)之后。這一發(fā)現(xiàn)把使用便捷的紅外發(fā)光二極管（LED）帶進(jìn)了光學(xué)測年技術(shù)中來,。到20世紀(jì)90年代末,，這項技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，成為第四紀(jì)（最新的地質(zhì)時期,，開始于距今260萬年前）沉積物測年的有力工具,，幫助人們探明了人類活動時期沙丘及其他地貌的演化，特別是在澳洲和歐洲地區(qū),。

2000年之后,，光學(xué)測年的應(yīng)用開始激增。在接下來的十年里,，測定埋藏劑量的“單片（single-aliquot）”法得到了發(fā)展——這一想法最早也是由亨特利及其同事提出的,。接下來，在以下幾項進(jìn)展的推動下，光學(xué)測年開始被全世界的實(shí)驗室采用:單片再生劑量（single-aliquot regenerative-dose,，SAR）法的出現(xiàn)（該方法對單個或部分礦物顆粒分別進(jìn)行重復(fù)的光釋光測量,，從而得出單個沉積物樣品埋藏劑量的多個獨(dú)立估算值）；光釋光數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法的運(yùn)用,；高亮度LED與緊湊型固態(tài)激光器相結(jié)合來激發(fā)石英,、長石顆粒光信號的專業(yè)自動化儀器。

從地貌動力,、氣候變化,、土壤發(fā)育，到人類演化與過去幾十萬年的擴(kuò)張,，以及更晚的考古發(fā)現(xiàn),，光學(xué)測年的研究成果已經(jīng)解決了跨越多個學(xué)科的諸多問題。例如,，光學(xué)測年揭示,，早在7萬年前，南非的早期智人就已經(jīng)開始使用象形標(biāo)志,、佩戴飾品,、并且能夠革新技術(shù)，并在6萬年前擴(kuò)張到整個區(qū)域——這比現(xiàn)代人進(jìn)入歐洲要早了約1.5萬年,。光學(xué)測年技術(shù)在證實(shí)人類于5萬年前抵達(dá)澳洲的研究中也扮演了關(guān)鍵角色,，這項研究還表明最后的“巨獸”（曾在這片大陸上漫步的巨型有袋類動物、爬行動物和不能飛的鳥）在人類踏足后不久便消失殆盡,。這些巨獸消失在一個日益干旱的時期,，但之前該地區(qū)還經(jīng)歷過很長一段氣候更加干旱的時期。

方法與設(shè)備上的進(jìn)步繼續(xù)推動著光學(xué)測年的發(fā)展,。許多石英顆粒的物理性質(zhì)不宜使用單片再生劑量法,。此外，礦物顆粒埋藏前曬退不充分,、新老沉積物相互混合也可能導(dǎo)致測年結(jié)果的偏差,。礦物顆粒個體是光學(xué)測年的基本單位。利用單片再生劑量法對單個砂級礦物顆粒進(jìn)行測量,，便可檢測出上述兩種因素的影響,。這種處理降低了測量多個顆粒光釋光信號的不確定性，有助于提高光學(xué)測年的精度,。

盡管如此,，光學(xué)測年還存在著其他的局限，足夠研究人員忙活一陣子了,。一個重要的局限性就是時間跨度,。光學(xué)測年的最大年限取決于光敏陷阱能捕獲的最大電子量,，以及在環(huán)境溫度下光敏陷阱的長期穩(wěn)定性。光學(xué)測年的應(yīng)用很大程度上限制在過去20萬年內(nèi),。亨特利等人為將光學(xué)測年的年限提高至80萬年做出了不少努力,，但大都沒有成功。但是,，隨著近期識別石英,、長石更長期光學(xué)測年信號技術(shù)的出現(xiàn)，光學(xué)測年有望得到新的發(fā)展,。如果這些技術(shù)被證實(shí)是精確可靠的,，那么光學(xué)測年在早更新世（距今260萬年至80萬年的地質(zhì)時期）地球與人類歷史研究中的應(yīng)用前景將會是一片光明。

研究者正在繪制完整沉積物與人工制品剖面上礦物顆粒個體光學(xué)年齡的分布圖,。相比目前分離樣品,、提取顆粒、測量信號的測年方法,，獲取空間測年結(jié)果的能力將會是一個不小的進(jìn)步,，因為傳統(tǒng)分離樣品式的方法會導(dǎo)致樣品環(huán)境信息的缺失。通過光學(xué)測年獲得的基本信息,，將會同地質(zhì)學(xué)其他分支中的單晶測年,、生物學(xué)中的單細(xì)胞分析一樣豐富可靠。

光學(xué)測年的新領(lǐng)域還包括利用光釋光信號進(jìn)行地貌長期剝露與山脈演化的研究,，以及利用機(jī)器人設(shè)備對火星上的礦物進(jìn)行現(xiàn)場測年,，這也將會把光學(xué)測年技術(shù)帶入太空。這些應(yīng)用極具挑戰(zhàn)性,，但以過去30年的發(fā)展為鑒，我們相信在50周年紀(jì)念日前,，光學(xué)測年會照亮這個星球更長久的歷史——當(dāng)然,，沒準(zhǔn)也會照亮其他星球的過去。