導入
炭素 14 年代測定法は、放射性炭素年代測定法または残留炭素 14 計数年代測定法とも呼ばれ、有機物に含まれる炭素 14 ( 14C ) の放射能の測定に基づく放射年代測定法であり、その絶対性を知りたいと考えています。年齢、つまり彼の死後に経過した時間。
この方法の使用範囲は、絶対年齢数百年から最大で 50,000 年に相当します。この方法を古代の出来事、特にその年齢が 6,000 年を超える (先史時代) に適用すると、以前よりもはるかに正確に年代を特定することが可能になりました。したがって、考古学と古人類学に大きな進歩をもたらしました。
歴史的
1960 年に、ウィラード フランク リビーはこの方法の開発によりノーベル化学賞を受賞しました (この発見の歴史については研究者に関する記事を参照してください)。
天然放射性炭素の起源
天然の放射性炭素は、大気、海洋、生物圏の 3 つの貯留層内を循環します。
半減期が 5,730 年である放射性炭素は、もし継続的に生成されなければ、とっくの昔に生物圏から消滅していただろう。
高層大気では、宇宙放射線によって引き起こされる核反応により自由中性子の流れが生成されます。空気分子との衝突によって減速された後、特定の (運動)エネルギー範囲の中性子は窒素と反応して、次の平衡方程式に従って放射性炭素を形成します。
- $$ {^{1}_{0}\mathrm{n} + ^{14}_{7}\!\mathrm{N} \rightarrow ^{14}_{6}\!\mathrm{C} + ^{1}_{1}\!\mathrm{p}} $$
地球の大気の 78.11% が窒素で占められているため、この反応が促進されます。放射性炭素の生成は主に地磁気緯度の高い 15,000 メートルから 18,000 メートルの間で行われます。
このようにして生成された放射性炭素原子は酸素と急速に反応して二酸化炭素を形成します。
このガスは大気中を循環し、海洋に溶解して炭酸塩を形成します。したがって、放射性炭素は海洋でも循環します。
二酸化炭素は生物圏とも反応します。したがって、植物は光合成を通じて大気中の放射性炭素を同化し、動物に食べられます。海洋生物は、海洋に存在する放射性炭素も同化します。したがって、放射性炭素は食物連鎖を通じて生物圏に広がります。
合計14 C/C 比は、生物とその環境の間の永続的な交換により、大気、海洋表面、生物圏で均一であると考えられています。
さらに、宇宙線の束は長期間にわたって一定であると仮定します（一次近似）。したがって、放射性炭素の生成速度は一定であるため、大気、海洋表面、生物圏の合計14 C/C 比は一定です (生成される原子の数は崩壊する原子の数に等しい)。
生物が死ぬと、外部環境とのすべての交換が停止しますが、最初に存在していた放射性炭素は「閉じ込められた」ままであり、その量は放射性崩壊の過程に従って指数関数的に減少し始めます。これにより、生物がどれだけ死んでいるかを知ることができます。
デートの原則
炭素 14 または放射性炭素は炭素の放射性同位体であり、その放射性半減期 (または半減期) は、1961 年の素粒子物理学計算によれば 5734 ± 40 年に相当します。 ただし、年代測定では、慣例に従って評価された値を使用し続けます。 1951年、5568±30年。
生物は、光合成のために数パーセント程度の既知の同位体分画で炭素を同化します。したがって、その生涯の間、全炭素 ( 12 C、 13 C、 14 C) に対する体内に存在する炭素 14 ( 14 C) の割合は、当時の大気中に存在していた炭素 14 (14 C) の割合と容易に比較できます。
したがって、炭素 14 年代測定は、あらゆる生物の中に微量（合計14 C/C 比で 10 -12程度）の放射性炭素が存在することに基づいています。生物が死んだ瞬間から、それに含まれる放射性炭素の量とその放射能は、指数関数的な法則に従って時間の経過とともに減少します。したがって、この生物の有機物のサンプルは、質量分析計で合計14 C/C 比を測定するか、生物の死後 X 年後の活性を測定することで年代を特定できます。
