炭素14

炭素14：放射性同位体とその応用

炭素14 (¹⁴C) は、炭素の放射性同位体です。地球上の炭素の大部分は炭素12 (¹²C) で、ごく少量の炭素13 (¹³C) と共に存在しますが、炭素14はそれらに比べて極めて微量です。¹⁴Cは、原子核に6個の陽子と8個の中性子を持ち、ベータ崩壊を起こして窒素14 (¹⁴N) に変化します。その半減期は約5730年と比較的短いため、年代測定に利用されています。

¹⁴Cは、大気上層部で宇宙線が窒素原子に衝突することで生成されます。宇宙線が大気中の窒素原子に作用すると、中性子が生成され、それが窒素原子に吸収されることで¹⁴Cが作られます。この生成量は、緯度や高度によって異なり、高緯度地域の高高度で特に多く生成されます。

生成された¹⁴Cは大気中に拡散し、二酸化炭素として植物に取り込まれます。植物を摂取する動物にも¹⁴Cは蓄積されます。生物が死亡すると、¹⁴Cの摂取は停止し、半減期に従って減少していきます。この¹⁴Cの減少量を測定することで、有機物の年代を推定できるのが、放射性炭素年代測定法です。この方法は、考古学、地質学、古気候学など、幅広い分野で活用されています。

近年では、放射性炭素年代測定の精度向上や、¹⁴C濃度の精密測定技術の発展により、新たな応用が注目されています。

例えば、過去の太陽活動の変動を研究する上で、大気中の¹⁴C濃度の変動が重要な手がかりとなります。太陽活動が活発な時期は宇宙線の量が減少し、¹⁴Cの生成量も減少するため、その変動を分析することで、過去の太陽活動の周期や強度を推定できます。さらに、太陽活動の変化と気候変動との関連性を解明する研究にも、¹⁴Cの濃度変動データが役立っています。

また、冷戦期に行われた核実験によって、大気中の¹⁴C濃度が一時的に増加しました。この核実験由来の¹⁴Cは、人体組織にも取り込まれ、その量を測定することで、組織の年代を推定できることが示されています。この手法は、法医学における年齢推定などにも応用される可能性を秘めています。

¹⁴Cは、その微量な存在量にもかかわらず、考古学から地球科学、法医学まで、多様な分野に貢献している重要な放射性同位体です。今後も、測定技術の進歩やデータ解析手法の高度化に伴い、その応用範囲はさらに拡大していくことが期待されています。

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