放射性炭素年代測定（C-14）とは：定義・原理・半減期と適用範囲

放射性炭素年代測定（C-14）の定義・原理・半減期と適用範囲をわかりやすく解説。6万年までの年代測定や補正方法、実例も掲載。

放射性炭素年代測定（C-14年代測定法）は、古代の有機物の年代を推定するための代表的な放射性同位体年代測定法です。放射性炭素年代測定法の一種として、特に炭素を含む試料（木材、炭、骨、殻、植物繊維など）に広く用いられます。

原理

この方法は、大気中や生物体内に存在する放射性同位体の炭素¹⁴Cの崩壊を利用します。ほとんどの有機物には炭素が含まれており、炭素には安定同位体と放射性同位体が存在します。本文中の同位体である¹⁴Cは半減期（放射能が半分になるまでの時間）を持つため、その減衰量から試料が「最後に大気と炭素を交換した時点」（＝生物が死んだ時点）からの経過時間を推定できます。

植物は光合成で大気中の二酸化炭素を取り込み、動物はそれを食べることで炭素を取り込みます。したがって、生物が生きている間は外界と炭素の交換が続きますが、一度死ぬと外部からの補給が止まり、内部の¹⁴Cは放射性崩壊で減少していきます。この減少割合を測ることで年代が分かります。

半減期と年代表記

¹⁴Cの現代で広く使われる半減期は約5,730年です（伝統的にリビー半減期5,568年が使われた歴史的経緯もあります）。測定で得られる値は通常「年BP（Before Present）」で表され、ここでの「現在」は便宜上1950年と定められています。年代はまず「放射年代（放射性同位体の減衰に基づく年）」として与えられ、さらに「カレンダー年代（暦年）」へ校正する必要があります。

測定法の種類

• β計数法（試料のベータ崩壊を直接測る）：かつて主流だった。比較的多量の試料が必要で、感度はAMSに劣る。
• 加速器質量分析（AMS）法：1970年代以降に普及。ごく少量の炭素で¹⁴C/^12C比を直接測定でき、精度が高く古い試料や微小試料の測定が可能になった。

校正（較正）と年代の正確化

大気中の¹⁴C濃度は時間や場所によって変動します。1950年代にHessel de Vriesが示したように、宇宙線による生成率や地球環境の変化、さらに化石燃料による濃度希釈（スース効果）、1950年代以降の核兵器実験による急激な増加（ボムピーク）などで大気の¹⁴C比は変動してきました。これらの変動のため、得られた放射年代はそのまま暦年に対応しないことがあります。

そのため、樹木年輪（デンドロクロノロジー）などの独立した年代指標と比較して作成された較正曲線を用いて放射年代をカレンダー年代に変換します。現在は国際的な較正曲線（例：IntCal20、Marine20、SHCal20など）が標準的に使われており、これにより数百〜数千年規模での精度向上が図られています。

適用範囲と限界

• 通常、C-14年代測定で信頼できる年代範囲は約数百年〜約5万年程度（実用上は約50,000年）。非常に古い試料では残存¹⁴Cが極端に少なく、検出限界に達するため年代推定が困難になります。一般的に記事で言われる「約6万年前」や「約5万年前」は、使用する機器やサンプルの状態によって変わります。
• 海洋生物や貝殻などの試料には海洋貯留効果（marine reservoir effect）があり、見かけ上数百年の古さを示すことがあります。淡水系でも類似の貯留効果があり、種々の補正が必要です。
• 年代の不確かさは測定誤差だけでなく、較正曲線の不確実性、試料の汚染や保存状態にも影響されます。

試料の種類と前処理

年代測定に用いられる主な試料には、木材・炭・泥炭・骨・歯・ココナッツ繊維・布・紙・織物・殻・土壌有機物などがあります。試料ごとに適切な前処理が不可欠で、汚染物質（付着した近代物、有機溶媒残留、カーボン酸化生成物など）を取り除くことが正確な年代測定の鍵です。例えば：

• 木材・炭：酸アルカリ酸（ABA）処理で可溶性有機物や炭酸塩を除去
• 骨：コラーゲン抽出などで古い有機成分を得る
• 殻・石灰質試料：炭酸塩の二酸化炭素化による補正や海洋補正を検討

注意点（汚染・較正・解釈）

• 試料が後世に汚染されていると、見かけの年代が若く出る場合があります。保存処理（接着剤、化学防腐処理）による影響にも注意が必要です。
• 同じ遺跡内でも取り扱いによる混入や堆積・再堆積の影響があるため、出土文脈や層序との照合が重要です。
• 報告時は放射年代（年BP）と校正後の暦年（cal BC/AD、cal BPなど）を両方示すのが一般的です。

歴史と発展

放射性炭素年代測定は1949年にシカゴ大学のウィラード・リビーらによって開発されました。彼は実用化と有効性の検証を行い、1960年にその業績でノーベル化学賞を受賞しています。リビーの初期の検証例として、古代エジプトの王室の船から採取した木材の年代推定が挙げられ、その正確性が示されました。1970年代以降はAMSの導入により微量試料や微少サンプルの年代測定が可能になり、適用範囲と精度は飛躍的に向上しました。

まとめ（実務上のポイント）

• 放射性炭素年代測定は有機物の年代推定に非常に有効だが、得られるのは「放射年代」であり、較正によって暦年に換算する必要がある。
• 前処理・試料選択・污染管理・較正曲線の選択（IntCal20等）を適切に行うことが正確な年代推定の要。
• 海洋・淡水の貯留効果や近現代の人工的な¹⁴C変動（化石燃料や核実験）を考慮する必要がある。

総じて、放射性炭素年代測定は考古学、地質学、気候学、生態学など幅広い分野で不可欠なツールであり、技術の進歩とともにその応用範囲と信頼性はさらに拡大しています。

質問と回答

Q:放射性炭素年代測定法とは何ですか?

Q:どのような仕組みになっているのですか?

Q: この方法は誰が開発したのですか?

Q: 放射性炭素年代測定の精度はどのくらいですか?

Q: 放射性炭素年代測定はどのような放射線を使用するのですか?

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