名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXIV, 2013003

炭素 14 年代キャリプレーションと水月湖年縞堆積物

Radiocarboncalibrationfromt
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北川浩之阻ro)'1北i Kitagawa

名古屋大学環境学研究科

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ateSchoolofEnvironm阻tal Studies, NagoyaUniv.田llity
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KのI words:radiocarboncalibration, varv
esediment, LakeSuigetsu, LakeSuigetsu2006project1.はじめに放射性炭素同位体( 14 C) は、宇宙線生成核種であり、宇宙線起源の二次中性子と窒素原子との核反応で絶えず生成される。過去数万年間に亘って宇宙線の強度がほぼ一定と考えられており、 14C の生成速度と壊変速度(半減期 5730 年)がつり合い大気中の二酸化炭素の 14C 濃度は一定と仮定できる。したがって、大気中の二酸化炭素を光合成で固定している植物、また植物を摂取している動物の 14C 濃度は過去に遡っても一定と考えられる。親核種と娘核種の時間変化に着目した年代測定法(例えば、 K-Ar法や Rb-Sr 法など)とは異なり、年代測定の対象試料に含まれる親核種( 14 C) を測定するだけで、壊変した l'C が求められ、動植物の死後の年代を決定することができる。これが l'C 年代測定法の基本原理である。
しかし、炭素 14 年代測定法の初期値が一定という仮定が厳密には正しくないことは、既にLibby がノーベル化学賞を受賞する前に知られていた (de V町is ， 1958) 。動植物の l'C 濃度は時代によって刻々と変化し、そのために、炭素 14 年代と実際の年代(実年代あるいは暦年代)は同じ年代とならない。「炭素 14 年代本原稿は、第 25 回名古屋大学年代測定総合研究センターシンポジウム (2013/ 1/ 16) での講演内容を、日本アイソトープ協会が発行する広報誌 rIsotope NewsJ (2013 年 4 月号に印刷予定)にまとめた原稿に加筆したものである。

時計の狂い」を較正して実年代を決定するためには、炭素 14 年代と実年代の関係を示す炭素 14 年代キャ− 56 −

名古屋大学加盟器置量分析計量績報告書目 XXIV. 即日田

リプレーションデータセットが必要となる固炭素 14 年代キャリプレーションデータセットは、年代が既知である試料を高精度に炭素 14 年代測定することで求めることができる。年輪年代学の手法で年代決定できる樹木年輸は最も優れた研究対象である。
1986 年、樹木年輪年代学の手法で各年輸の形成年代が決定されたド-('Y産のオー夕、北アメリカ産プリス
ルコーンマツの高精度測定の結呆がまとめられ (Stuiver 叩 d Kra, 1986;Stuiv町田d Pe町50n ， 1986) 、紀元
前 7200 年 (9 ， 150 BP;BP は西暦 1950 年を基準年として過去に何年遡るかを示す)までの炭素 14 年代キヤリプレーンョンデータが、国際標準パッケージ(あるいは、炭素 14 の研究者による推奨データ)として配布された。その後、新たなデ -51をもって改定が繰り返され、 1993 年には、ドイツ産オークとマツの新たな高精度な炭素 14 年代測定の結呆を用い、l1， 400BP まで拡張された (Stuiv町田 d Reimer, 1993). さらに、サンゴ化石の捌Th 及び剖U 分析で得られる実年代(冊目血U 年代)と炭素 14 年代を比較することで、過去 3万年間の大まかな炭素 14 年代キャリプレー泊ンデータが報告された (Bard etal. , 1993) 。サンゴ化石の分析から得られた炭素 14 年代キャリプレーションデータによると、 3 万年前に炭素 14 年代が実際の年代より4600:t 600 年ほども若い年代を示し、炭素 14 年代を使い時代編年を行ってきた研究者に衝撃を与え、最終氷期の時代編年の再考の必要性が明らかになったーとの発見によって、炭素 14 年代キャD プレーションデータセットを過去へ拡張することの重要性が広く認知され、過去 5 万年間の詳細な炭素 14 年代キャリプレーションを求める各種の研究が世界各地の研究機関で始められた。その 1 つの取り組みは、福井県・水月湖の年縞堆積物の研究である(脳同酔.wa eta1., 1995, Kitagawa2013) 。

2 水月湖年縞堆積物からの炭素 14 年代キャロプレーシヨン研究の事始め
水月湖には葉理構造(層状の堆積物の重なり)をもっ堆積物が存在しているととは古くから知られていた。

1991 年の表層試料の採集とその後の解析の結果をふまえ、 1993 年には、水深 34 皿の湖底から基底に達する 13m の堆積物コア(SG93 =tア)の採集を行った(竹村ほか， 1994) 。水月湖の粘土質な堆積物には肉眼で確認できる明暗の葉理構造が刻まれていた。これは堆積過程の季節変化で形成される年層であることが、堆積学的に明らかにされたーこのような堆積物は英語では、 V町ve sedim目立と呼ばれる。当時、 "varve" に対応する日本語がなく、 SG93 コア研究の代表者だった安田喜憲氏によって I年縞」と名付けられた固年縞堆積物は、季節によって異なる粒子が湖底に供給され、しかも堆積後に底棲生物などによって二次的な撹乱企受けない場合に形成さる。水月湖の場合は、春季にはケイ藻 (AuJaco.目白 5pp.) の遺骸、菱鉄鉱 (FeCO，)の微粒子やおそらく中国の内部から飛来した黄砂、夏季には有機物を多量に含む層、秋には春とは別種のケイ藻 (En~用'ema)の遺骸とやや大粒の菱鉄鉱、秋a-clay ・ autumn 10 刷川"

から冬にかけては粘土が堆積しside出e‑aulumnている(図1)。堆積物の上部 40m

Encyonema- 副 tumn

(過去 7 万年間の堆積物)には、

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肉眼でも織別できる年縞が認めら

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Aulaoos邸周れ、毎年繰り返されるパターンを正しく織別できれば、水月湖の堆積物に l 年の固盛を入れること

図 1 水月湖の年縞 (Schlolaut etal. , 2012) 。

が可能となる。年縞計数によっ− 57 −

名官屋大挙劃a・E量 Ofi酌霊視毎告書， XXIY.æI3 悶て訓隆積物=アの鑑年を構鏑し、堆期間嶋に含まれている植物化宥の炭素"年代測定を実箪す制式炭素 14 年代キャリプv.--.".旨ンデータセットを求めることが可盤誌なる.

3.SG舗ヨア剤師子市もLob Oぱ...凪20!焔プJ:rO.)""タト
田93 :::tアから炭素 14 年代キャ引プレーシヨンデータセットを求める作震は、当初に予想していたより fっと手間 k 時間のかかるものであった. 当時、年舗を徹別するマニ品アル(あるいは敏斜香}はなし思考館訴を重ね年繍数の計
測栓実'値した . 時には、最積物の一僚を樹脂で固定して作成した薄片の顕微健観署襲、電子顕微健也やエネルギ】分
散型X線分斬装置(位制面的を使った場繍耐を初成する粒子の季節変化のパターンの観察金鉱みた. 年節が比般的に明瞭で.別しaやすい深度 10.43..... 却 45. には、29，ωo 年分句年舗が隠められた. 樹木年嶋渇もの炭素"
図.水月棚年繍植粗曲}シ国ンデータセヲトと比較し、との年繍機前から 37，930 年前に形成されたと考えた

4 勺吻ロアを年代キャリプレ比映するこ左で、増曽駒の連観性の欠綾物が 8，830 年

如の問題を解決(N，也喝m 砿 81. ，2(12)依Jt...-andV皿 der Plicht.19岨:)，

水月樹の堆積物に含まれても、る 2渇'"料以よの禁や昆虫の市右の炭窯"年代測定金実施」炭素"年代キキリプレー泊ンザ←タセットが求めた加t咽:.. andv
.nderPIl血 1998. 2(嗣". 本研究成果で、水月欄の年繍耀積舗が炭素"年代キャUプレーシヨンデータセットを過去A拡躍するに有効であるととが広〈魁知され喰斗阻伯ロアから特られた炭素 14 年代キヤ引プレーシ旨ンデータセッN口ま 2 つの問題相あることがその後四研究で明らかになった.雄積物採集の筏術的な問題による準積物の連続性の欠如〈予算的げよ制約から1つの醐W悼ら賃料を採集〕と、年繍の・m佃甘さ悼繍測の年績の存在}に要約され品とれら同問題はイ'~9ス・ニューキヤ決ル大学田中川副賞氏らが先噂した国際プロジェクト凶1m "，，"，m 舗随によって解決さわ決:. L bSulpt副鈎飴で陪 4 つの掴自問」から調t度を重複させて権潮曲ロアを採取することで、最糟聞の連続性の欠如の問題が解決された〈圃 2). ドヂ'";1. ポツダム地震学研究所とイギリス・ク，ールズ大学田研究グループが年錨依の計3肢を担当しマイクロ蛍光 X 線スキャナーを使った元察組成の棟度プロファイル{柚E也且llffiι 却12) や金属から作成じた薄片の顕微健観察(So仙h式目t a1., 2(12) をもとに阻出より格段に伺額性の高い年鏡獅年が構築された.
SG93:::1ア1:: SG06ヨアの対比から (S..，.民IIi.， 2010;2012).SG93 からの'" ""怖の炭素 [4 年代測定の鯖果〈阻 ...
-阻d 刊且血r P1ieht. 19柑崎 2000) と*>タスフォード大学とイギUス自然環境研究‘会(NE><C)の加速器質量分析樋闘で実施され，"(t SG06 ヨア治もの約 6∞献潮の炭事 [4 年代測定の被曝は 1つのデータセットに象舵され過去 5 万年間同船、時間分解能を備えた炭素"年代キャリプ ν一泊ンデータセクトを求めることに..
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名古屋大学加速器質量舟析計量績報告書， XXIV， 2013.03

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実年代 (ca IBP)

図 3. (a)水月湖年繍堆積物から求められた過去 5 万年聞の炭素 14 年代キャリプレーションデータセ
ットム(b) "C 浪度変化 (Bronk R阻sey etal(2012) で報告された炭素 14 年代キャリプレーショ
ンデータセットをもとに作図)

4 ，水月湖年繍堆積物からの炭素 14 年代キャPプレー泊ンデータセット
図 3(.)には、水月湖年縞堆積物からの炭素 14 年代キャリプレーションデータと IntCal09 を示す ωd 湖
年縞堆積物と IntCal09 はオーバラップしている) 0 IntCal09 は、木材年輸の炭素 14 年代測定の結果(1 2, 500 BP まで)と掛町出U 年代法で年代決定されたサンゴ化石と海洋の年縞堆積物の浮遊性有効虫の炭素 14 年代測定の結果をもとに作成されている (Reimer et.1., 2009)。海洋からのサンゴ化石と浮遊性有効虫の炭素 14 年代は、表層海水の炭素 14 年代を反映し、大気中の二酸化炭素(あるいは陸上試料)の炭素 14 年代とは平均 4∞年ほどの違いがある。 IntCal09 は、海洋のリザーパ年代について経験的に補正が行われている。一方、水月湖年縞堆積物からのデータは、堆積物に含まれた陸上植物の炭素 14年代から求められ大気(あるいは陸上試料)の "C を反映し、海洋のりザーパ年代の補正を必要としない。水月湖年縞堆積物からのデータセットは、次回のIntC叫凹の更新に使われる予定である (Reimer， 2012)。
図 3(b) には、炭素 14 年代キャリプレーションデータとあわせて大気中の "C 漉度の経年変化をプロットした。過去 5 万年間に大気の "c 濃度は大きく変動している園 42， 0∞年前の "c 浪度の増加は、地磁気の強度が極小の時に地磁気方位が大きくゆらぐ現象「地磁気エクスカーション」によると解釈される。過去へ遡って大気の "c 潰度が徐々に増加する傾向は、主に地磁気の強度変化に伴う地球へ飛来する宇宙線の強度変化によると解釈される。しかし、過去の地峨気の強度変化や "c と同様のメカニズムで生成される宇宙線生成核種 108e の変化から推定された宇宙線の強度変化だけでは、 "c 経年変化を全て説明することができない。最終氷期に、現在とは地球規模の炭素循環が現在とは大きく違い、地球システム内での "c の分布が大きく異なっていた 1つの証拠である。水月湖年縞堆積物から解明された過去 5 万年聞の大気の"c 経年変化は、炭素 14 年代の較E に必要なだけでなく、地球環境変動を解明するためにも有効である。

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035. おわりに水月湖の年縞堆積物の研究が開始から 20 年が経過したロ研究当初に想定した目標「炭素 14 年代法が利用できる年代範囲(過去 5 万年)の炭素 14 年代キャリプレーシヨンデータを求める」がほぼ達成されたロ
水月湖年縞堆積物には、炭素 14 年代キャリプレーシヨンデータに関する情報だけでなく、気候変動などの地球システム変動に関する興味深い情報が記録されている。水月湖年縞堆積物からの炭素 14 年代キャリ
プレーシヨンデータの解析は、最終氷期の環境変動の解明にも有効なものある。
今後の研究課題は、このデータセットの信頼性の検証や時間分解能を高めることとである。現在、国際陸上科学掘削計画 ICDP の死海深層掘削プロジェクト (DSDDP) では、炭素 14 年代と湖水から化学的に沈殿したアラゴナイトの 23吋hー拙U 年代を比較することで水月湖年縞堆積物からの炭素 14 年代キャリプレーシヨンデータを検証し、最終氷期における炭素 14 年代キャリプレーシヨンデータの確定する作業が進められている。近い将来、炭素 14 年代キャリプレーシヨンデータセットが、炭素 14 年代測定法が適用できる全期間で確定されると予想される。

謝辞

1991 年に始まった水月湖年縞堆積物研究は、国内外の多数の研究者、大学院生の協力のもとに実施されました。ここに、記して感謝の意を表します。安田喜憲，福沢仁之 ，中村俊夫，岡村真，竹村恵二，林田明， v
anderPlicht , J ，中川毅.， BronkRamsey, C. , Staff, R.A., Bry血t ， C. L., Brock, F. , Schlolaut , G. ,Marshall , M.H. , Brauer, A., L皿b ， H.F. , Payne , R.L., T町田OV J P.E' J 原口 強，五反田克也，米延仁志，横山祐典，多国隆治
参考文献

BardE., A moldM. , F
airbanksR. G , HamelinB.23吋b・幻~ and14Cagesobt
ainedbymasssp印加m出yon∞rals. R
adiocarbon35(1), 191 ・ 199 (1993).

BronkR即国ey， C. , S飽ff， R.A., Bry阻t， C. L., Brock, F., Ki旬gawa， H., v姐 d町 Plicht， J., Schlo1aut, G ,M町shall， M且， Brauer, A., L虹nb， H. F. , Payne , R.L., T:町asov， P. E., Har窃.guchi， T. , G。旬nda， K., Yon田obu，H., Yokoy阻a， Y., Tada, R., Nakagawa, T.A completeterrestrialradiocarbonrecordfor1 1.2ω52.8 勾r

B.P.Science338, 370‑374(2012).
deVries , H.Variationinconcen回tion ofradiocarbonwi也位ne andlocationon 同地. Proc.Koninkl.Nederl.
Akad. 励tenschappen B61 , 1‑9(1958).

Kitagawa, H., v阻 d町 Plicht， J.A佃ospheric radiocarboncalibrationbeyond1
1,900 calBPfromLake
Suigets
u1aminatedsediments.Radiocarbon42(3), 369‑
380(2000).

Kitagawa, H., vanderPlicht, J.Atmospheri
cradiocarbon 伺.librationω45，000 BP:lateg
lacia1fluctuations
andcosmog'四ic isotopeproduction.Science279, 1187-1190 (1998).

Kitagaw
aH., Fukusawa, H., Nakam町a， T. , Okamura, M., Tak田n町a， K. , HayashidaA., YasudaY.AMS14C
dati且g ofvarv
edsedimen飽企'om LakeSuigetsu, c組出1 Japananda
tmospher
ic14Ccha且ge during 也e 1ast
Pleistoc四.e. R
adiocarbon37(2), 3
71‑378(1995).

Kitagawa, H.Lacus住ine v紅ve countinga
sadating 旬chnique: adv
antag
eanddisadvantage , TheOxford
HandbookofWetla且d Archaeo
1ogy(eds.F.M岨otti andA.O'Sullivan), Ox
for
dUniv
ersityPress633‑
647(2013).

− 60 −

名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXIV, 2013 ,03Marshall, M. , Schlolaut, G., Brauer, A. , Nakagawa, T. , S加古; R.A. , BronkR阻lsey， C. , L町nb， H. , Go旬n仇K. ， H町a思皿hi， T. , Yokoyama, Y., Yonenobu, H. , T,“a, R., SG06projectmembers.A novelapproachto
V町四 counting 田ing mXRFandX‑radiographyincombinationwi由也in-section microscopy, appliedtotheLateGlacialchronolog
yfromLakeSuigetsu, Jap阻.Q嗣ternary 仇'ochronology 13 , 70剖 (2012).
Reinler, P. , B副llie， M. , Bard, E. , Bayliss, A., Beck:, J. , Blackwell , P. , BronkRamsey, C. , Buck, C. , Burr, G.,

Edwards , R. , Friedrich, M. , Groot田， P. , Guilderson, T. , Haj伽s， I., Heaton, T. , Hogg, A. , Hugh阻， K.,
Kaiser, K. , Kromer, B., McCormac, F. , M，皿n泊，g， S. , Reinler, R., Richards, D. , Sou血00， J. , Ta1副no， S. ,T旧百ey， C. , v
anderPlicht, J. , Weyhe凹leyer， C.Int
Ca109andMarine09radiocarbonagecalibrationc田V民0-50,000 yearsca
1BP.Radiocarbon51 , 1111‑1150(2009).
Reinler, P.RefiningtheRadiocarbonTinleSc
a1e.Science338, 337羽 8 (2013).
Schlolaut, G., M町shall， M且， Brauer, A. , Nakagawa, T. , Lamb, H. F., S臼I王; R. A. , BronkRamsey, C. , Bry血LC.L. , Brock:, F, Yokoy師団， Y, Tada, R., Haraguchi, T. , Suige包u 2006projectmembers.Anautoma:旬dmethodforv，町ve in旬'rpolation 血d 出 application ぬ白 Late Glacia1chronologyfromLakeSuigetsu,
Jap組. Quaternar
yGeochronology13 , 52‑
69(2012).
S飽ff， R.A., BronkR阻lsey， C. , Nakagawa, T. , Suigetsu2006projectm自由ers. A 問ー阻a1ysis oftheLakeSuigetsu 旬rres廿ia1 radiocarboncalibrationdataset.Nuclear!J聞かuments andMethods 初 Physics Resea町hSectionB268, 960‑
965(2010).
S包鉦; R .A., N位agawa， T. , Schlolaut, G., Marsha11, M.H. , Brauer, A., L田nb， H. F., BronkR田nsey， C.Bry岨LC.L. , Brock, F. , Kitagawa, H. , v皿 der Plicht, J. , Pa:戸le， R.L., Smi也， V. C., M町k， D.F. , MacLeod, A.,

Block:ley, S.P. E. , Schwenninger, J.ーL. ， τàrasov， P.E. , H町a思皿hi， T. , Gotanda, K., Yonenobu, H. ,Yokoyama, Y. , S凶，getsu 2006pr句田tmemb悶.τbe mu
1tiplec
hronologi
caltechniqu田 applied totheLake
SuigetsuSG06sed加問t ∞re， c四国Uap皿. Boreas, 10.
11111j.
1502‑3885.
2012.
00278.
x(2012).
S旬iver， M. , Kra, R.RadiocarbonCalibrationIssue.Radiocarbon28(2B), 805‑1030(1986).
S旬iver， M. , Pearson, G.
W.High‑PrecisionCalibrationof 世le RadiocarbonTinleScale, A D1950剖OBC.

Radiocarbon28 (B), 805‑838(1986).
einlerP. Extended 14Cdataba:seandrev
ised CALIB 3.
014Cagec
a1ibratingprogram.
Stuiv
erM. , R

Radiocarbon35(1), 215‑230(1993).
竹村恵二・北川浩之・林田明・安田喜憲:三方湖・水月湖・黒田低地の堆積物の層相と年代の最終問氷期以降の堆積環境

三方低地.地学雑誌 103(3)， 233‑242(1994).

日本語の要旨炭素 14 年代測定法は、過去 5 万年間の年代決定には無くてはならない年代測定法である。しかし、
炭素 14 年代は暦年代とは一致しなく、炭素 14 年代から暦年代を推定するには炭素 14 年代キャリプレーションデータセットを用いた較正が必要である。過去 12500 年間の炭素 14 年代キャリプレーション
セットは、年輪年代学の手法で年代決定された木材の高精度炭素 14 年代測定によって求められている。
それ以前は、海洋試料の高精度炭素 14 年代測定結果に海洋のリザーパ効果の補正が行われデータから推定され、不確かさが残されていた。水月湖年縞堆積物の研究で、海洋のリザーパ効果の補正が必要がなくなり、考古学試料などの陸域試料に適用できる炭素 14 年代キャリプレーションデータセットが、炭素 14 年代測定法が適用できる全期間について求められた。

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