放射性炭素年代測定の新しい飛躍

1949年まで、考古学者が先史時代の骨、石の先、木炭の残骸、または人類の初期の歴史上のその他の遺物を掘り出したとき、これらのオブジェクトが何歳であったかを正確に知る方法はありませんでした。 化学者ウィラード・リビーはそれを変えて、古代の天体に含まれる炭素原子の種類に基づいて、天体を年代測定するための独創的な方法を考案しました。

リビーと彼の同僚は、生物が大気中の微量の炭素（C-14）の特定の同位体を構造に組み込んでいるという事実に基づいています。 死亡すると、新しいC-14の追加が停止し、内部に残った量はゆっくりと劣化して別の元素である窒素-14になります。 C-14の半減期（C-14の所定量の半分がN-14に崩壊するのにかかる時間）が5, 730年であると考えることにより、C-14の比率を化学的に分析できます。木または骨の内側のN-14に移動し、それがどれくらいの時間死んでいたかを判断します。

この技術は考古学、人類学、その他の分野に革命をもたらし、最大約60, 000歳までのオブジェクトの絶対年齢を決定することができました。 しかし、この手法の精度は、大気中のC-14の量が時間の経過とともに変化するという事実によって制限されています。また、長年にわたってどれだけ変動したかという素晴らしい記録はありませんでした。

これを念頭に置いて、オックスフォード大学や他の場所の科学者チームは、日本の水月湖の下から化石化した葉と堆積物層のコアを発掘したときに特に興奮しました。 これらのサンプルはあまり似ていないかもしれませんが、堆積物の独特な層状化と原始的な状態のために、この発見はおよそ1 1200年から52800年前の大気中のC-14の前例のない包括的な記録を構成します。 言い換えれば、地球の表面のこの1つの場所からの堆積物のサンプルは、地球上のどこかで見つかった古代の人工物の年代を正確に特定する能力を高めます。

「新しい結果は、大気中の放射性炭素記録の重要な改良を提供し、放射性炭素のタイムスケールをより強固な基盤に置く」と、 サイエンスの編集者であるジェシー・スミスは述べた。

湖で発生する特定の一連のプロセスと条件は、堆積物のコアと葉のサンプルが非常に貴重である理由を説明するのに役立ちます。 毎冬、珪藻と呼ばれる淡い色の小さな藻が死に、湖底を覆います。 毎年夏になると、堆積物の暗い層で覆われます。 湖は非常に静かで、酸素が少なく、過去52, 800年の間に氷河や地質活動に邪魔されていないため、これらの顕微鏡層は堆積物のコアに保存された完全な年間記録を構成しています。

さらに、葉と他の有機物質が層間に閉じ込められているため、科学者は各葉のC-14の量を使用して、大気中のC-14の経時的な全体像を構築することができました。 以前の大気中のC-14記録は、海洋サンプル（陸上のものとは異なる）または年輪（12, 000年前にさかのぼる）からのものであったため、これらのコアは古いオブジェクトの放射性炭素年代測定の精度を大幅に改善します。 研究者たちは、新しいC-14レコードを以前のデータに「固定」しました。これは、コアのより最近の層で見つかったレベルを、年輪からすでに知られているレベルに一致させることによって行われました。

「この記録は、例えば考古学のように日付の大きな修正にはならないが、数百年のオーダーの詳細な変更があるだろう」とこの論文の主執筆者であるオックスフォード大学考古学者ブロンク・ラムジーは述べた。 「気候変動に対する人間の反応を調べようとすると、このような変化は非常に重要になる可能性があります。多くの場合、グリーンランドの氷のコアなど、他の方法によって日付が付けられます。 より正確な較正された時間スケールにより、考古学の質問に答えることができるようになります。これまでは解決することができませんでした。

研究者たちは、水月湖の状況が早ければ1993年にこのような重要なC-14記録をもたらす可能性があると疑っていましたが、今までは無傷のコアの抽出と分析で技術的な困難に直面していました。 「これは20年にわたる日本の夢の実現です」と、ニューカッスル・アポン・タイン大学の共著者である中川武史氏は言いました。 サンプルを正常に回収するには時間がかかりますが、研究者がはるかに古い標本や人工物の年齢を把握するのに役立ちます。