考古学是一门根据古代人类活动遗留下来的实物以研究人类古代社会历史的一门学科。考古学的时间尺度是我们了解和解释过去的一个最为关键的部分，于是对时代的标准的判断和史前文化的年代序列自考古学初创之时就一直是研究的主要工作。根据时代标准划分，考古学可以分为史前考古与历史考古。对历史考古阶段，考古学家可以根据文献记载进行比对初步推断出土遗址的年代，而史前考古在断代上就相对要困难。没有年代概念，就不可能对杂乱无章的出土文物理一个头绪，考古分析也无从谈起。

1836年，丹麦国家博物馆馆长汤姆森提出“三期论”，这一理论的确立作为考古学诞生的标志，对史前考古的断代做出了巨大的贡献。然而，三期论只能应用于同一地点的相对断代。早期考古发掘采用地质学原理和动物化石为依据判断人类遗存的古老性，就是为解决年代问题做出的努力。

随着科学技术的发展，科学家们对自然界的探索越来越深入，其中有部分技术可以为现代的考古学的断代研究服务，现按相对断代与绝对断代技术，简要介绍如下：

骨化石含氟量法

含氟量分析是根据动物化石中含氟量的多少来估计相对年代的一种断代技术。地下水一般富含氟，并会渗入到埋入地下的动物骨骼中，是骨骼中的无机磷化合物变成磷氟灰石。由于这个过程是不可逆的，由此骨骼中的含氟量越高，标志着他在地下的埋藏时间越长。含氟量分析曾对鉴定著名的皮尔唐人的真伪做出重大的贡献。

黑曜岩水合法

史前时期又称为石器时代，这一时期史前人类使用打制或磨制石器生产生活。黑曜石是一种由火山活动而形成的天然玻璃。由于它生产的石片具有非常锋利的刃缘而被史前人类所青睐。

黑曜石对水有很强的亲和力，破碎之后会从周围吸收水分从而在石片表面形成一层水合层，之后水会慢慢渗透到其内部，形成一个比器物中心部分含水量高得多的区域。当被打制成石器后，其表面水合量为零。随着时间推移，水合层的厚度逐渐加厚，因此可以根据对水合层平均厚度的观察判断制作年代。

由于温度、天气和黑曜石的成分等因素会影响水分的渗透，在对这些因素进行仔细分析后便可以对同一地区不同遗址中出土的黑曜石制品做水合值的比较，从而确定它们间的相对的早晚。然而，许多因素也会污染水合的过程，比如器物暴露在地表或被火烘烤，工具重复使用以及气候变化等等，都会使观察出现误差。总的来说，这还是一种不十分精确的断代方法。

树木年轮法

树木年轮年代学最早在20世纪初由美国天文学家道格拉斯发展起来的。树木的生长会在其横截面上留下宽窄不同的年轮你，这种年轮受气候降雨的影响较大，且当树木年龄增进，其年轮也会变窄。这种方法比较适用于温带区的树木，因为冬夏不同的气候和降雨会帮助树木产生清晰的年轮；而在气候降雨比较平均的热带，则不会产生这种年轮。这也决定了它的局限性，仅适用于热带以外的温带地区。

树木年轮学家利用年龄连续的古木，可以建立起一个区域长期的连续年代系列，从现在一直上溯到几百甚至几千年前。此外，年轮指示的是树木被砍伐的年代，而木材的使用情况各异，有的木料可以反复利用很长的时间，因此以年轮对器物断代可能有误。

碳同位素测年法

1949年在第二次世界大战期间为美国国防部从事原子弹和生物放射性研究的化学家威拉德·利比发明放射性碳或14C断代方法。现在，14C是考古学家进行绝对年代测定最常用的方法，它使人类的史前史具有了世界性的年代学。

14C测年根据这样一个原理：宇宙射线的中子轰击地球的空气，与其中的氮气发生反应，产生14C，易于发生衰变。其半衰期后修正为5730±40年。在自然界中，各种动物以食物链的方式保持着相同的碳元素。但是，一旦有机体死亡，没有新的碳元素补充，它自身的放射性碳就开始衰变。过了5730年，只有一半的14C留了下来，而经过11460年，14C只剩下四分之一。于是，通过测算古代有机物体内14C的含量，根据衰变速率可以计算出生物体死亡的时间。

虽然人工器物本身可以做14C断代的并不多，但出土遗存中石器、陶器等器物与大量的骨骼或炭屑共生，考古遗址也富含木头和灰烬，非常适合做14C的采样和测定，并根据考古学上的共生关系推断出遗址的时间。但是应当注意，考古遗迹的情况十分复杂，样本采集时时候会受到其他来源的14C的污染。

然而年龄大于7.5万年的生物体，残留的14C已经很少，达到了这一方法的极限。不过，随着测年技术的进步，考古学家开始采用更精确的加速器质谱法（AMS）来改善14C技术，可以直接对碳原子计数。这样可以使用更少的样品以及更短的时间，结果却比传统方法更为精确，且测定上限延长至8万年。

钾氩法

钾氩法是一种利用矿物质中钾40衰变成氩40的原理来进行断代的方法。地质学家用这种技术来测定上起20亿年、下至40万年的岩石年龄，因此比较适合于最古老的考古遗址的断代。钾40源自衰变时有11%变成氩40，这是一种惰性气体，很容易在火山岩形成时从矿物质中逸出。当火山岩结晶时，氩40的含量几乎下降为零，但随着时间的推移，钾氩元素的衰变持续进行，其半衰期为13亿年。因此通过这种方法就可以根据岩石中氩的含量来测算其冷却的时间。

钾氩法特别适合在有频繁火山活动地区的遗址测年，比如东非和日本。在坦桑尼亚的奥杜威峡谷，已故的利基夫妇和其他古人类学家利用钾氩法建立起人类演化的序列。正是凭借钾氩法，我们对人类历史的古老性有了全新的认识。然而它的局限也是显而易见的，地球上与火山灰等放射性沉积物共生的考古遗址并不多见。

古地磁法

地球物理学家发现地球的磁极并非总是保持稳定，磁场的强度会发生波动，地球磁极也会发生紊乱，地球的两极会发生阶段性的倒转。地球磁场极性和强度的变化被记录在土壤、沉积物和火成岩的残余磁化上。在过去的40年里，地球物理学家已经标绘了地球磁场强度波动的历史，并重建了磁极倒转的频率。火山熔岩特别适合做磁场分析，因为它们在磁性物质的温度降低到500度以下时已凝固。从地质学的角度来说，这种倒转的速率很快。因此，磁极倒转的状态可以提供一个清晰的标尺，以区分新生代晚期的诸多阶段。

铀系法

这是一种以铀同位素衰变为基础进行断代的一种方法，与14C测年类似，利用铀同位素铀238和铀235经过衰变成两个子体钍和镤，它们本身也会衰变，所以可以用来测年。但特别适用于超出14C测年范围的距今5万年至50万年前的年代测定。在欧亚普遍缺乏适合钾氩法测年的火山灰和火山岩，所以铀系法是用的比较广泛的古人类遗址的测年方法。

铀同位素能溶于水，因此可以被带进洞穴。一旦溶解在水里的碳酸钙携带着铀杂质渗入石灰岩洞穴，并沉积在洞壁或底层的钙板里，放射性时钟就启动了。石灰华形成时，其中只有水溶的铀同位素，并不含不溶于水的钍和镤。在石灰华形成后，钍和镤含量会随着铀同位素的衰变而增进，于是通过铀同位素与钍和镤的比值，就能测出石灰华的年代。铀系法比较适用于富含碳酸钙的岩石，由于石灰岩洞穴往往会被古人类选作住址，其堆积会被碳酸钙沉积的钙板隔开，有时人类遗骸和使用的石器也会裹上一层碳酸钙。由于洞穴内的沉积关系比较复杂，所以铀系法测出的结果往往不那么准确，必须尽量对沉积的各层都做采样测定。

其他

除了以上介绍的集中重要的年代测定方法之外，还有一些物理测年方法也被不同程度的采用，其中有热释光测年法、氨基酸外消旋法、电子自旋共振法、裂变径迹法等。这些测年方法都有其自身的优点和局限性，所以在年代测定上，考古学家常常根据遗址的实际埋藏条件、年代范围和出土样品特点来选择不同的测年技术，并且使用不同方法进行交叉测年。

不可否认，利用化学技术进行断代有很大的便利，但断代并不等于考古学的全部，不然也不会有专门的考古学了。考古学目前的发展态势下，考古学家需要掌握一些自然科学的断代技术，但也要注意这些技术存在的误差，不能迷信某一种方法，也不能依赖于某一种方法，要多种方法综合考虑。

考古学的发展离不开这些先进测年技术的发展，但是考古学自身也有其不能掩盖的独特性，不是其他相关学科能取代的。考古学家需要的不是单纯的年代数据，更需要利用这些信息构建出古代社会的状况。这些工作仅依靠自然科学的断代技术是做不到的，但也不能抛弃这些技术。所以，应该抛出学科间的偏见，积极利用别的学科的成果，互相补充丰富各自的发展成果。