年代測定法

I

プロローグ

岩石や鉱物、遺跡の発掘物の年代をもとめる方法のこと。さまざまな岩石や鉱物の年代がわかれば、地球の歴史をたどることができる。過去のできごと、たとえば山脈の隆起、大陸の移動、生物の進化、気候の変化などは、すべて地殻の中に記録されているからである。

考古学でも土器などの年代をもとにして人類の歴史をさぐることにつかわれている。

II

相対年代と絶対年代

19世紀には、時代の前後関係(相対年代)だけを明らかにすることがおこなわれていた。相対年代はおもに、地層がつみかさなっている順番を手がかりにして、くみたてる方法である。たとえば、みだれていない連続した地層では、上に重なっている層は下の層より新しい。これを「地層累重の原理」とよび、このように地層の順番を研究する学問を層序学、あるいは層位学という。

ある地域での地層の順番だけではなく、別々の地域にある地層どうしを対応させるためには、同じ化石をふくむ地層どうしを対比させる必要がある。それをもとにして、地質時代は大きく4つの「代」にわけられた。先カンブリア時代、古生代、中生代、新生代である。それぞれの時代は、さらにいくつかの「紀」にわかれている。→ 地質学

考古学では、石器や土器の形や特徴をもとにして、石器時代、青銅器時代、鉄器時代というある程度の文化年代に区分することがおこなわれている。日本では、旧石器時代、縄文時代、弥生時代などという。

相対年代だけでは、それぞれの時代の長さや地球のほんとうの年齢はわからなかった。絶対年代は発掘物の時代を自然科学的な方法でもとめた年代である。それがわかるようになったのは、20世紀にはいってからで、放射年代測定法などの新しい方法によって地質年代のほんとうの長さを知ることができるようになった。

年代を決定するには、絶対年代と相対年代をくみあわせる必要がある。

III

放射年代測定法

絶対年代をもとめる方法として最初に確立されたのが、放射年代測定法である。1896年に放射能が発見され、放射性元素の性質がわかるとすぐに、年代測定につかわれるようになった。この方法では、不安定な放射性元素の原子が崩壊する速度が一定であるということを、地球の岩石の時間をはかる「時計」として利用する。放射性元素の崩壊速度は、その元素の原子の数が半分に減少するまでの時間、つまり半減期によってあらわす。

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理論の基礎

ウラン、トリウムなどの放射性元素は、自然に崩壊して別の元素になったり、同じ元素の別の同位体になったりする。同位体とは、同じ元素で質量がことなる原子のことで、化学的・光学的な性質はかわらない。同じ元素の同位体を区別するために、たとえば質量数14の炭素を「炭素14」などと書く。

もとの放射性元素を母元素、崩壊してできる元素を娘元素という。たとえば炭素14のように1回の崩壊で安定な娘元素になる母元素も多いが、安定な元素になるまでに何段階もかかるものもある。ウラン235、ウラン238、トリウム232などは、そのような多段階の崩壊をする。

娘元素が安定であれば、母元素がすべて崩壊してしまうまで、娘元素がたまっていく。しかし、娘元素もまた放射性元素だった場合、娘元素ができる速度と崩壊する速度とが同じになるところで平衡状態になる。