70年前、アメリカの化学者ウィラードリビーは、有機材料の年代を調べるための独創的な方法を考案しました。 炭素年代測定として知られる彼の技術は、考古学の分野に革命をもたらしました。
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現在、研究者は、特定の形態の炭素がどれだけ残っているかを観察し、材料を由来する植物または動物がいつ死んだかを判断することにより、有機材料で作られたオブジェクトの年齢を正確に計算できます。 1960年にリビーがノーベル賞を受賞したこの技術により、研究者は古代ミイラの入れ墨を作成し、英国の図書館が世界最古のコーランの1つを保持していることを確立し、人身売買された象牙のほとんどが過去3年以内に殺された象からのものであることがわかりました年。
今日、人間が地球の大気に送り込んでいる二酸化炭素の量は、私たち自身の時間を見ている将来の考古学者にとって、この技術の精度をゆがめる恐れがあります。 これは、化石燃料が今日の新しい有機材料の放射性炭素年代を変化させ、古代の材料と区別するのを難しくしているためです。 ありがたいことに、昨日ジャーナル「 Environmental Research Letters 」に発表された研究は、リビーの仕事を救い、この重要な年代測定手法を活性化する方法を提供します。単に炭素の別の同位体を見てください。
同位体は、特定の数の中性子を持つ元素の形態であり、これは電荷を持たない原子の核に見られる亜原子粒子です。 原子内の陽子と電子の数によって元素が決まりますが、中性子の数は同じ元素の異なる原子間で大きく異なります。 地球上のすべての炭素のほぼ99パーセントは炭素12であり、各原子の核内には12個の中性子があります。 着ているシャツ、吸い込む二酸化炭素、食べる動植物はすべて炭素12でできています。
炭素12は安定同位体です。つまり、物質中のその量は、世紀ごと、世紀ごとに同じままです。 代わりに、リビーの画期的な放射性炭素年代測定法は、はるかに希少な炭素の同位体である炭素-14に注目していました。 炭素12とは異なり、この炭素の同位体は不安定であり、その原子は数千年にわたって窒素の同位体に崩壊します。 しかし、太陽の光線が窒素原子に当たると、新しい高炭素14が地球の上層大気で一定の割合で生成されます。
放射性炭素年代測定は、安定した炭素同位体と不安定な炭素同位体のこの対照を利用します。 植物はその生涯を通じて、光合成によって大気から炭素を絶えず取り入れています。 次に、動物は植物を食べるときにこの炭素を消費し、炭素は食物循環を通じて広がります。 この炭素は、炭素-12と炭素-14の安定した比率で構成されています。
これらの植物や動物が死ぬと、炭素の摂取をやめます。 その時点から、植物または動物から残された材料の炭素-14の量は時間とともに減少しますが、炭素-12の量は変化しません。 有機物質を放射性炭素年代測定するために、科学者は残っている炭素-14と未変化の炭素-12の比を測定して、物質の源が死んでからどれくらい経過したかを見ることができます。 技術の進歩により、多くの場合、放射性炭素年代測定はわずか数十年以内に正確になりました。
炭素年代測定は、考古学者が原子が崩壊する自然な方法を利用する素晴らしい方法です。 残念ながら、人間は物事を台無しにしようとしています。
過去数世紀、化石燃料から大気中に炭素を噴き出すことにより、上層大気での炭素-14のゆっくりとした安定した生成プロセスはd小化されてきました。 化石燃料は数百万年前のものなので、もはや測定可能な量の炭素-14を含んでいません。 したがって、何百万トンもの炭素-12が大気中に押し出されるにつれて、これら2つの同位体の安定した比率が乱されています。 昨年発行された研究で、インペリアルカレッジロンドンの物理学者ヘザーグレイヴンは、これらの余分な炭素排出が放射性炭素年代測定を歪曲する方法を指摘しました。
2050年までに、有機材料の新しいサンプルは1000年前のサンプルと同じ放射性炭素年代を持つように見えると、新しい研究の主執筆者であり、アルフレッド・ウェゲナー極地海洋研究所の物理学者であるピーター・ケーラーは言う。 化石燃料の燃焼による二酸化炭素の排出が続くと、比率がさらに歪められます。 「数十年後には、放射性炭素の年齢が出ているのか、炭素が過去のものか未来のものなのかを見分けることができなくなります」とケーラー氏は言います。
Gravenの研究に触発されて、ケーラーは、他の天然に存在する炭素の安定同位体である炭素13に注意を向けました。 炭素-13は地球の大気のわずか1パーセントを占めていますが、植物は光合成中に炭素-12よりもはるかに低い速度で、より大きく重い原子を吸収します。 したがって、炭素-13は、植物やそれを食べる動物から生成される化石燃料に非常に低いレベルで含まれています。 言い換えれば、これらの化石燃料を燃やすと、大気中の炭素-13のレベルも小さくなります。
これらのレベルの炭素-13が放射性炭素年代測定対象物で歪んでいるかどうかを測定することにより、将来の科学者は、対象の炭素-14レベルが化石燃料の放出によって歪んだかどうかを知ることができます。 オブジェクト内の炭素-13のレベルが予想よりも低い場合、その放射性炭素の日付を信頼できないという危険信号として機能します。 その後、研究者は日付を無視して、オブジェクトをデートする他の方法を試すことができます。
「明らかに、あなたがかなり問題の多い年齢のサインを与えるカーボン-14に影響を与えるならば、あなたはカーボン-13にもこのサインを持っている」とケーラーは言った。 「したがって、放射性炭素が影響を受けているので間違っているのか、そうでないのかを区別するためにCarbon-13を使用できます。」
ケーラーは、炭素が大気の残りの部分と交換するのが遅い深海地域から回収された物質には彼の技術が役に立たないことを認めているが、将来の考古学者が汚染時代の名残を選別するのに役立つと考えている。
クイーンズ大学の古気候学者ポーラ・ライマーは、考古学者は通常、対象物が見つかった堆積層を使用して年齢を再確認できるため、炭素13の測定は必要ないことが多いと指摘しています。 しかし、地球のレイヤーが明確でないか、適切に日付を記入できない地域で見つかったオブジェクトの場合、この手法は追加のチェックとして機能します。 Köhlerの研究は、「[放射性炭素年代測定]が将来、単一のサンプルに有用であり続けるという安心感を提供します」とReimer氏は言います。
編集者注：この記事は、PeterKöhlerの所属を含むように更新されました。
