通过对含炭黑色颜料的测定，碳十四测年法成为唯一一种实现直接测年的方法。其他方法都是间接测年法，测定对象是可能包含史前岩画的方解石结壳。其中一种方法是基于铀-238系列中钍-230和铀-234同位素比值进行测定。尽管测定大型洞穴堆积物情况下可能得出相对可信的结果，但将该方法转换为针对方解石薄层的年代测定，则往往存在问题。

此处扼要叙述铀-钍测年法原理。在铀-238元素系列中，刨除可以忽略不计的短寿命同位素，只考虑钍-230和铀-234。该方法对方解石的测年取决于几个难以验证的假设。第1个假设是，当方解石堆积物开始形成时，它含有一定量的铀元素，因为铀可溶于水，但钍不溶于水。因此，230Th/234U的比例在初始时刻等于零；随时间推移，230Th开始出现。第2个假设更加难以验证：将方解石岩层视为一个封闭系统，完全不考虑其与外界之间物质交换情况。如果以上两个假设正确，方解石成岩年代便可以从质谱技术确定的三种长寿命同位素的比例推断出来。

铀-钍测年法并不新鲜。它首先用于珊瑚年代测定，然后用于洞穴堆积物（石笋）年代测定。针对大型洞穴堆积物，样品一般在石笋生长轴中心采集，使样品与外部物质交换保持在最低限度。大多数情况下封闭系统假设得以验证，且测年结果与增长曲线高度关联（图6）。因此，这一技术成为确立碳十四校准曲线的主要方法之一。

如果铀-钍测年法对大型洞穴沉积物的应用还算可信，那么将其应用于史前岩画上方堆积的方解石薄层，效果又如何呢？此时出现了两个不得不考虑的问题：1. 洞穴内方解石堆积并非连续形成，因此可能导致测年结果异常偏晚；2. 无法验证封闭系统假设，方解石内铀元素流失可能导致测年结果异常偏早（Pons-Branchu et al. 2014）。

在许多洞穴内，堆积物生长阶段的间断性已经得到观察验证。例如在法国多尔多涅省的维拉尔（Villar）洞穴、阿尔代什省的肖维洞穴，以及西班牙阿斯图里亚斯自治区的品达尔（Pindal）洞穴，内部堆积物在16-15 ka BP之间长期停止生长，而在其后温和的波令-阿勒罗德（Blling-Allerd）间冰期重新形成（Genty et al. 2004；Genty，2008；Moreno et al. 2010）。棘手之处在于无法找到规律，必须针对每个洞穴个别分析。同样的，在单个洞穴内部，即使是几米见方区域内，不同石笋的生长时期也可能遵循不同的规律。

很多时候，铀-钍测年法获取的年代数据下限与实际考古年代没有任何关系。对考古学家来说，测得科瓦拉纳斯（Covalanas）洞穴（在西班牙坎塔布里亚——译者注）内驯鹿图像“下限早于铁器时代”说明不了什么（Bischoff et al. 2003）。最近取得的一个样品异常偏晚，测得其下限为距今约6000年前（Pike et al. 2012），但无论该岩层形成于青铜时代还是铁器时代，对测定岩画年代都意义不大，只是以间接方式简单证实了成岩活动在旧石器时代晚期寒冷时期几近中止。作为一种水文地质现象，岩层主要形成于全新世，从而显著晚于旧石器时代岩画。

第二点困难表现在，薄层和潮湿环境中，方解石可表现为开放系统并与外界进行物质交换，特别是由于浸析导致铀元素流失。

图6　通过铀-钍法在生长轴上测量的石笋生长与其形成年代间相关性的实例（据Lauritzen y Lundberg， 1999）

对铀流失效应可以做如下概述：在没有与外界环境交换条件下，230Th/234U比值在很长时间后趋于极限值1，称为长期均衡。因此，如果观察到比值230Th/234U＞1（在234U/238U比值保持接近1情况下），则证明该系统为开放系统，且一部分铀元素已由溶解而流失。在意大利的洞穴中已经观察到这种情况（Borsato et al. 2003）。该研究显示，高达1/3的方解石薄层数据显示230Th/234U比值大于1，可解释为铀元素的流失或钍元素的累积。研究文章中部分比值超过2，意味着铀元素已经流失过半。

图7　奥地利施帕纳格尔（Spannagel）洞穴内的石笋地面堆积物研究。在270 ka和50 ka之间形成11厘米厚的地面堆积。在距离石笋基部40～41毫米处，可以观察到方解石生长的异常缓慢现象（6万年间增厚小于3毫米）。230Th/234U比值同样出现异常情况，在一例测定中大于1，该样品测年无意义。在同一位置，铀元素浓度也异常偏低（41毫米处的铀元素浓度低于其上1毫米处10倍），证实了铀的流失（据Scholz y Hoffmann， 2008）

奥地利的一处洞穴地面堆积已进行了研究和测年（Scholz y Hoffmann 2008）。研究者观察到方解石岩层的快速生长阶段，以及如图7中白色条带所示的现象，对应190 ka-130 ka BP之间的实际生长中断——6万年中只生长了2毫米多一点。应当注意，在此期间，测年值异常偏早，石笋中心轴线上距基部41毫米处取得一处样品，测出230Th/234U比值大于1（原作者称其“超出测定范围”），表明铀元素已显著流失。该区域铀浓度非常低，比同一石笋两侧低10倍。目前尚不清楚方解石暂时转向开放系统行为的原因，但此事实已无可隐匿，且对测年结果的影响可能十分严重。毕竟，如果铀元素流失可能导致230Th/234U比值大于1，那些程度更低、无法探测到的铀流失，就会导致方解石岩层测年值异常偏早。^[2]

已有一例岩画艺术研究体现了开放系统的情况。加里曼丹岛上某洞穴内的阴文手印岩画层表面覆盖着方解石成岩后形成的石钟乳。石钟乳岩层同时经铀-钍测年法和碳十四测年法得到了系列数据（Plagnes et al. 2003）（图8）。样品分别从紧贴颜料的岩层内缘和接触空气的岩层外缘取得。进行此种交叉测年的难点在于方解石样品内有来自于成岩时期同时代大气内二氧化碳提供的碳元素，也有来自地质年代的碳酸盐提供的部分碳元素（前文中的“死碳”）。死碳的比例并不确切，可在1%到20%之间变化。因此，由碳十四法确定的方解石测年精度低。但值得注意的是，在岩层内缘和外缘获得的碳十四测年值是相同的，都在距今8000到10000年之间。相反，铀-钍法测年结果则完全不同。在岩层内缘靠近岩画位置取样获得的测年值与碳十四测年值相关联，但外缘取样测年结果超过2.7万年，完全异常，只能用铀元素的流失来解释。通过该工作可以得出两点重要结论：1.铀-钍测年法可能得到异常偏早的结果；2.与相同样品中碳酸盐的碳十四法数据的相关性（尽管并不精确）非常有意义，因为两种方法的比对有助于探测到测年异常。

就这一点来说，坎塔布里亚洞穴岩画的50个测年数据值得一提（Pike et al.2012），其数值分布于从4万余年前直到现代的年代区间内（图9）。毫不意外的是，其中2/3属于全新世，尽管岩画年代早到旧石器时代无疑。事实再次证明，方解石成岩是晚近的过程。另一组数据分布于1.5万年至3万年之间，恰好与学者普遍预期的旧石器时代岩画艺术年代一致，但根据神圣的“下限”（terminus ante quem）原则，此组数据未提供任何新的信息，该文章作者也未对其发表任何评论。在曲线远端，三四个数值达到了4.1万年。这部分相对较早的测年值完全可能由前述开放系统的情况所致，但文章作者也没有考虑其可能性。(www.daowen.com)

笔者相信文章作者的之一D.霍夫曼完全清楚方解石岩层可以表现为开放系统，正如之前分析的奥地利石笋样品的情况所示。令人惊讶的是，在对坎塔布里亚洞穴岩画的测年文章中，岩层表现为开放系统的可能性，并未纳入对其最早几个测年数据的解释中。同样的，省略这部分可能性的原因大概在科学领域之外：倘若承认测年结果存在来自开放系统原因的误差，著者为支持“尼安德特人艺术假说”所做的努力，便付之东流了。

图8　印度尼西亚加里曼丹岛阴文手印上覆石钟乳岩层的铀-钍法和碳十四法交叉测年。在假设死碳含量为5%至20%情况下，岩层不同区域碳十四测年值相等，并与铀-钍法在岩层接近颜料部分（内缘）测年值近似。但岩层外部区域的铀-钍测年值要早得多，须以铀元素的流失来解释

图9　坎塔布里亚地区旧石器时代洞穴的50个铀-钍测年结果升序分布。其中超过66%属于全新世年代（据Pike et al.， 2012）

图10　印度尼西亚帝汶岛洞壁岩画的微层位分析。其表层涂绘为南岛语人群所作，测年结果为6 ka；内层涂绘颜料测年结果为24 ～ 29 ka之间（据Aubert et al.， 2007）

图11　印度尼西亚苏拉威西岛洞壁岩画的微层位分析。紧贴涂绘颜料的方解石层测年结果为34 ka，提供了岩画年代下限。但该技术有显著侵入性——样品为钻孔取得的柱状物，直径2厘米（据Aubert et al.， 2014）

最后，还须考虑第三种可能的误差来源，即含有钍元素的固相颗粒可能在方解石结晶化过程中与之结合。来自岩屑的钍元素同时以230Th和232Th两种同位素形式存在，从而导致测年结果异常偏早。当230Th和232Th的比值小于20时，就需要进一步校准。由于原料中两种同位素的比例无法确定，只能实现近似校准，但对样品测年的总体影响不显著。在极端情况下，当232Th的比重过大时，优选丢弃样品。

因此，通过铀-钍法取得旧石器时代岩画上所覆盖方解石岩层的测年数据，面临正反两方面困难：要么由于铀元素流失而导致年代偏早，要么由于成岩活动长期中断而导致年代偏晚。为了取得确切可信的测年结果，研究者有必要明确获知方解石岩层的层位状况，且只考虑与岩画表面接触的一层。

但由于岩画上方的岩层大都极薄，想通过微层位学来评估方解石生长随时间演变的情况十分困难。尽管如此，对印度尼西亚部分洞穴内堆积物的研究，证明了分析厚度约100微米的极薄片材的可能性（Aubert et al.2007；Aubert et al. 2014）。以此种技术分析获知帝汶岛上一处方解石岩层外表面的彩绘岩画已有6000年历史，与当地考古遗址年代一致；而有一层内部的红色颜料可以早到2.4万年至2.9万年之间（图10）。如此一来，信息关联度变得更高、更加可靠了。

最近，研究者利用这一技术来分析印度尼西亚另一岛屿上的洞穴岩画（Aubert et al. 2014）。研究者对某处阴文手印一旁所取断面做微层分析（图11），得出从100微米到500微米处一系列带有层位顺序的测年数据，显示了方解石岩层的连续生长：与岩画直接接触的方解石层，年代为3.4万年，是可靠的年代下限。显而易见，该技术提供了令人满意的结果，但同时也有严重缺点——极具破坏性，需要在母岩上钻孔以提取2至3厘米直径的圆柱体岩层样品，对史前洞穴保护来说完全不可接受。

总之，洞穴岩画的铀-钍法测年存在至今尚未解决的问题。目前，对同一洞穴中相邻样品之间铀元素浓度差别很大的成因还有待揭示。材料显示，在同一石笋中相距1毫米的区域，浓度之差可达10倍之巨，原因或许是铀的流失。而现已证明旧石器时代晚期中特定时期内，部分欧洲洞穴内的方解石岩层存在停止生长的情况。该事实至关重要，因为它减弱了研究者使用铀-钍法对欧洲旧石器时代艺术进行测年的兴趣。不应忘记的是该方法普遍应用的主要障碍：研究者尚不清楚使方解石岩层表现为封闭系统或开放系统的决定性条件（如矿物学条件和水文地质学条件等）。

为解决上述问题，未来有必要对所涉及的现象开展基础研究，并建立一套评估铀-钍法岩画测年信度的方法论，以避免冒险而无效的取样。对这一问题，有关西班牙内尔哈（Nerja）洞穴（在西班牙南部的马拉加省——译者注）的研究颇具开创性意义（Quiles et al. 2014）。无论如何，实际的研究比高呼“铀-钍法才是未来的方向！（U/Th is the way to go！）”（Pike et al. 2016）更富建设性——空喊口号无助于对问题进行科学和平静的研究。