炭素年代測定の舞台裏 –「時を刻む湖-7万枚の地層に挑んだ科学者たち」

放射性炭素年代測定という名前は、考古学の本などを読んでいるとよく出てくる単語だと思う。例えば、「この貝塚は炭素年代測定により2万年前のものと分かっている」といった記述がそれだ。この測定法はどういうものなのか。よく本には、「炭素の放射性同位体のC14の半減期が5730年なのでサンプル中のC14の数を計ることによって年代がわかる」などとさらっと書かれている。それを読むと分かったような気になるけれども、よく考えるとなにも分かっていない。実際には何をやっているのだろうか?

基本的な原理は単純にみえる。大気中の炭素には一定の割合でC14が含まれている(これをX%としよう)。生物はそれを体内に取り込む。例えば、植物は光合成により二酸化炭素を吸収するし、草食動物は植物を食べることにより炭素を体内に取り込む。取り込まれた炭素は生物の外に排出されたりもするが、一定量の炭素は体内に常に存在していて、体内の炭素中のC14の割合は、大気中の炭素と同じ割合X%になる。生物が死ぬと、その後は新たな炭素の吸収は行われない。そして、生物内のC14は徐々に崩壊していく。例として、縄文時代に木が切り出された場合を考えてみよう。切り出された瞬間の木のC14の割合はX%である。時間が経つと、木片の中のC14は徐々に減少して5730年で半分になる。我々が今日その木片を発掘すれば、その木片の炭素のC14の割合を計ることができる。それがX%の半分だったら、その木片は5730年前に切り倒されたもの、1/4だったらその倍の11,460年前のものということになる。

ここで、問題はX%の値だ。仮に大気中のC14の割合が、1万年前も現在も常に一定であるなら、Xの値が測定できるので、木片の年代を求めることができる。しかし、実際に測ってみると大気中のC14の割合は年によって変動があるし、そもそも大昔に今と全く違う値でなかったという証拠はない。では、どうすればC14の割合から年代を知ることができるのだろうか?

実は、正しい年代が分かっているモノを使って、過去の各年のXを求めているというのが正解だ。もし、1000年前に切り倒した木で建てられたと古文書からわかる建物があれば、その建物の柱の現在のC14の割合から、1000年前の大気中のC14の割合を逆算することができる。これをあらゆる年について行えれば、現在のC14の割合から年への対応表を作ることができることになる。実は、1万年くらい前までのデータについては、古文書などに頼らなくても、とても信頼できるデータが存在する。年輪年代法という、木の年輪の変化から年代を推測する有名な方法で、これは年単位で正確な値がすでに分かっている。これを使えば、紀元前1万年程度までであれば、炭素から年代をかなり正確に割り出すことができる。では、年輪データの存在しない更に古い時代はどうすればよいのだろうか?

その答えを、科学者の奮闘の物語として描いたのが「時を刻む湖-7万枚の地層に挑んだ科学者たち」 という本だ。著者は、立命館大学 古気候学研究センターの中川毅教授、福井県の水月湖の掘削データを使ってこの問題にチャレンジした科学者だ。プロジェクトを現場で率いた人間の書いた文章は、科学的な細部は正確でありつつ、現場で戦った息遣いが伝わってくるすばらしい内容。ぜひ多くの人に読んでもらいたい一冊である。

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