酸素同位体比年輪年代法の誕生と展開
中塚

武

）

●
●キーワード：年輪年代学（dendrochronology），酸素同位体比（oxygen isotope ratio），セルロース（cellulose），木質遺物（wooden artefact），広葉樹（broad leaved tree）

ઃ．はじめに酸素同位体比年輪年代法は，2010 年代になって始まっ઄．酸素同位体比年輪年代法の原理と初期の成果たばかりの極めて若い研究分野である。その起源は，筆年輪幅の変動パターンのマッチングを原理とした，い者が 2011 年度から始めた科研費・基盤 A（酸素同位体

わゆる年輪年代法は，考古学における最も精度の高い年比を用いた新しい木材年輪年代法の開発とその考古学的代決定法の一つであり，日本の先史時代の暦年代観の構応用）の研究にまで遡るに過ぎない。実際，筆者らが名築に大きな役割を果たしてきた（光谷：2005 など）。日

古屋大学において 2011 年秋に開催したシンポジウム「考本におけるその実年代決定への応用は，一部の針葉樹種

古学における年代決定と気候変動研究の新展開―木材年（ヒノキ，スギ，コウヤマキ）に対して先行して行われて輪試料の活用を中心として―」でも，酸素同位体比年輪

いるが，その理由は，これらの樹種の木材には一般に年年代法は未だ開発構想の段階にあった。当時，年代決定輪が数多く含まれており，年代決定の際の物差しとなるの物差しとなる酸素同位体比の標準変動パターンは，現「地域を代表する年輪幅の標準変動パターン」の作成が生木を除けば，従来の年輪年代法で年代が決められてい比較的容易であると同時に，年代決定の対象となる材かた弥生時代の針葉樹材の数点からしか得られておらず，

らも「十分に統計学的検証に耐えられる数の年輪幅のそれらを用いた遺跡出土材の年代決定の成果もわずか

データ」を取得しやすいという特長があるからである。

つ（愛知県の遺跡から出土した板材点と奈良県の古墳

またこれらの樹種には，アカマツやカラマツなどのその木棺材点。共にコウヤマキ材）しかない状況であった。

他の針葉樹や大部分の広葉樹とは違って，個体間で年輪

その後，わずか年ほどの間に，日本における年輪年代幅の変動パターンの相関が比較的高いという特徴もあっ法の第一人者である国立奈良文化財研究所の光谷拓実氏た。結果として，遺跡から大量に出土して樹皮がついてを初めとする数多くの年輪年代学，埋蔵文化財，建築史

いることも多い（伐採年代が決定できる可能性がある）

学の関係者の皆さんの協力を得て，応用可能な対象の時

広葉樹材などは，これまでは年輪年代法の応用の対象に代・地域・樹種は，縄文時代中期から現在までのあらゆ

入ることはなかった。これに対して，年輪に含まれるセる時代の日本各地における広葉樹を含むあらゆる樹種にルロースの酸素同位体比が，物理化学的な同位体分別メ

広がってきたが，その過程ではさまざまな発展途上の課

カニズムを介して日本でも古気候の鋭敏な指標になりう

題が浮かび上がってきている。ここでは，まだ草創期のること（Nakatsuka et al: 2004）を確認していた筆者は，段階から抜け出していない酸素同位体比年輪年代法の初それが年輪幅に代わる樹種を越えた年輪年代法の共通の期の歩みを振り返ることで，今後のより大きな発展にむ指標になる可能性に気づき，愛知県埋蔵文化財センター

けた課題の整理を行いたい。

の協力を得て 2010 年にその実用化のための研究を始めઃ）

総合地球環境学研究所 〒 603-8047 京都市北区上賀茂本山 457-4
1

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た。関連して 2010 年の秋に世界に先駆けて年輪からの年代研究の先進地域である欧州や北米の寒冷地や乾燥地

セルロースの大量迅速抽出技術を確立する目処が立ったでは，森林内の樹木個体密度が低く，年輪幅が隣接個体

こ と（後 日，次 の 論 文 に そ の 手 法 は ま と め ら れ た。

との競争などの個別的要因よりも，気温や降水量の変動

Kagawa et al: 2015）も，出土材の年代決定という分析対などの広域的要因の影響を受けやすく，針葉樹と広葉樹

象とすべき資料数が莫大になる研究を始めた理由の一つ

を問わず，年輪幅の変動には個体間での高い相関性があである。

る。また温帯や熱帯と違って遺跡から発掘される樹木の酸素同位体比を年輪幅に代わる年輪年代決定の共通の種類も少ないため，樹種毎に年輪幅の標準変動パターン指標にするという取り組みは，実のところ，未だ日本でを作成することにも余り無理はない。それゆえ欧州や北しか行われておらず，ようやく中国や韓国などの東アジ

米では，年輪幅に比べてはるかに測定の手間が掛かるセアの国々への展開が始まった段階にある。一方で，年輪ルロースの酸素同位体比を使って年輪年代決定を行う

図1⒜愛知県安城市の寄島遺跡から出土したコナラ節の柱材の断片（愛知県埋蔵文化財センター提供）に含まれる年輪（黒）と長野県飯田市
における従来の年輪年代法により年代が既知の埋没ヒノキの年輪（灰）からそれぞれ得られたセルロース酸素同位体比の変動（両者が最も良く合う年代で重ねて表示），⒝上記の 2 つのうちコナラ節のデータをヒノキのデータの上でスライドさせて計算した相関係数の変化（コナラ節の最内測定年層に対応する年代上に表示）。合致年代における相関係数は 0.706 であり，計測年輪数 40 年に対して，t 値
は 6.15 で（閾値 5 よりも高く）十分な年代決定の精度を有している。
Fig.1 (a) Variations in tree ring cellulose oxygen isotope ratios obtained from an oak pillar wood excavated at Yosejima remain, Anjyo city,
Aichi prefecture (black) and dendro-chronological age predetermined cypress woods in Iida city, Nagano prefecture (gray). The former
is displayed on the latter at their most coincident intervals. (b) Variation in correlation coefficients of the two time-series in (a) by slidingof the former on the latter (X axis is the innermost ring age in the former wood). Correlation coefficient 0.706 with ring number 40 resultsin the t-value of 6.15 at the most coincident interval, higher than the threshold t-value of 5.0, ensuring the sufficient accurate
dendrochronological dating.

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ニーズは，ほとんどなかった。この点，遺跡からさまざ

さて，針葉樹の年輪から得られたセルロースの酸素同

まな樹種の木材が発掘され，ほとんどの材について年輪位体比が，広葉樹を含む全ての樹種の年輪年代の決定に幅の変動パターンから年代決定を行うことが不可能で応用可能であることは，当初から理論的には予想されてあった日本およびアジアの国々においては，酸素同位体

いたが，実践的には 2011 年の年末に，弥生時代後期の愛比年輪年代法の効力は明確であり，それが更に後述する

知県の遺跡から出土したコナラの柱材断片の年輪セル

ように，降水量変動の精密復元という大きな副産物をもロースの酸素同位体比を試験的に分析し，その変動パたらすことにもなった（中塚：2016 など）。

ターンが長野県南部の同時代のヒノキのものとぴったり

図2

年輪セルロースの酸素同位体比を規定する葉内水の酸素同位体比の変動メカニズム．図中，F1，F2，F3 は，それぞれ，土壌から葉，大
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気から葉，葉から大気への水（または水蒸気）のフラックスを示す。δ O は酸素同位体比の表記法（δ O = ［（ O/ O）サンプル /1816（①，②）及び「気孔を通（ O/ O）国際標準物質 - 1］x1000（‰））である。εe，εk は，それぞれ，水（水蒸気）が「蒸発（凝結）するとき」
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過するとき」（③，④）のδ O の変化（同位体分別という）の大きさを表す。F1，F2，F3 は気象条件や生物活動に応じて変化するが，εe，εk は定数である。F2 と F3 は，それぞれ大気と葉の中の水蒸気圧（≒湿度）に比例するが，葉内の湿度は 100 ％であると仮定できるので，F2/F3 は大気中の湿度（相対湿度）に対応している。
Fig.2 Mechanism of variations in leaf water oxygen isotope ratio regulating the tree-ring cellulose oxygen isotope ratio. F1, F2 and F3 are
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water (vapor) fluxes “from soil to leaf”, “from atmosphere to leaf” and “from leaf to atmosphere” respectively. δ O is the notation of
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oxygen isotope ratio, where δ O = [( O/ O) sample / ( O/ O) standard - 1] x 1000 (‰). εe, εk are the δ O change (isotope fractionation) during
evaporation and condensation processes (① , ②) and diffusion through stomata (③ , ④). While F1, F2 and F3 are variables depending on
meteorological condition and biological activity, εe and εk are constant. Because F2 and F3 are proportional to water vapor pressures inatmosphere and leaf, respectively, and leaf interior can be assumed to be saturated with water vapor, F2/F3 is corresponding to therelative humidity in atmosphere.

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一致して，統計学的に十分な精度での年代決定が可能であることを確認したことが最初である（図）。直後に，અ．克服しつつある課題（ઃ）―埋蔵文化財関係者からの認知の獲得

新潟県青田遺跡の縄文晩期の掘立柱建物群の多数のコナ
ラの柱列の年輪年代を，枯死年代が既知の鳥海山の埋没2011 年に，科研費を使って正式に酸素同位体比年輪年

スギの年輪年代から決定することに成功し，正に世界初代法の研究を始めたあとに，最も重視したことが，全国の酸素同位体比年輪年代法の考古学的な応用例となったの埋蔵文化財発掘調査関係者からの認知を得ることで（木村ら：2012）。その後，大きく種類が異なる樹木間であった。後述するようにこの方法は，同じ木材年輪の年

年輪セルロース酸素同位体比の変動パターンを対比する

代決定法である「年輪幅にもとづく年輪年代法」や「放手法は，日本全国はもとより韓国南部までを含む広い地

射性炭素の濃度計測による方法」とは異なり，本格的な域の多くの遺跡において，広葉樹の年輪年代を決定する

破壊分析を伴うものである。一方で公共の財産である埋ための普遍的な手法となりつつある（中塚ら：2016a な蔵文化財にとっては，その外観から得られる情報が極めど）。

て重要であり，酸素同位体比年輪年代法とは相容れない

年輪セルロースの酸素同位体比の経年変動パターン

大きな壁があった。破壊・非破壊の問題を含めて，現時が，近隣の地域内で，異なる樹種を含む多くの樹木個体点で考えられる酸素同位体比年輪年代法の利点・欠点を間でよく一致する理由は，その同位体比の決定メカニズ

客観的に記述したものが，表である。従来の年輪年代ムにある（図）。セルロースの酸素同位体比は，原料と法や放射性炭素法と，酸素同位体比年輪年代法の間には，なるブドウ糖が光合成によって生産される葉内の水の酸それぞれに一長一短があり，それらは相補的に活用され素同位体比の変動を反映するが，この葉内水の同位体比ていくべきものであるが，新参者である酸素同位体比年は，年輪幅を大きく左右する「光合成速度」のような個輪年代法の場合，認知度が低く，測定できる施設の数も体間・樹種間で大きく変化する生物学的因子の影響を受極端に少ないため，破壊分析というデメリットだけを抱けず，「相対湿度」と「降水同位体比」という純粋に気象

えたままでは文化財研究への浸透は望めず，全国の関係学的なつの因子のみによって決まる。これは，同じセ者に対する積極的な効用の説明が必要であると考えられルロースに含まれる同位体比の中でも，光合成速度の影た。

響を強く受ける炭素同位体比とは異なる大きな特長であ

日本文化財科学会および日本植生史学会において，る（中塚：2014a）。このことが，セルロースの酸素同位2012 年度から毎年，筆者およびその共同研究者が，酸素体比に，「樹種を越えた年輪年代法の共通の指標」として同位体比年輪年代法の基礎と応用に関する研究発表をの役割を与えると同時に，「異なる樹木個体間での変動行ってきたほか，2015 年度の考古学研究会での特別研究

パターンの高い相関性」をもたらす。それが結果として報告（中塚：2015）や全国各地の埋蔵文化財発掘調査機

後述のように，年輪年代の決定に必要不可欠な「地域を関との間での出土木質遺物の分析に関する共同研究（樋代表する信頼できるセルロース酸素同位体比の標準変動

上ら：2015，中塚ら：2014，2016a など，箱崎ら：2017）

パターン」を，埋没木や考古木質遺物，建築古材などかなどを通して，おかげさまで今日までの間に，全国の埋ら入手できる比較的少数の年輪資料を使って，急速に構蔵文化財発掘調査関係者の間での酸素同位体比年輪年代

築することを可能にした。現生木から年輪資料が多数取法の認知度は，急速に向上してきたものと思われる。そ得できる過去数百年間とは異なり，日本の考古学の主なの過程で，短期間での分析処理能力をはるかに越える数研究対象となっている古墳時代以前の先史時代を対象の資料の収集を進めた結果，共同研究の成果報告が滞っに，信頼できる酸素同位体比の標準変動パターンを取得ている事例が少なからずあって，ご迷惑をおかけするこ

していく上で，図に示した変動メカニズムの単純性は，とになってしまったことは恐縮至極であるが，その間に最も重要な推進力であったのである。

潜在的ニーズの大きさを確信できたことも事実であった。今後は，後述するように分析解析の体制をしっかり

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表1
Table 1

木材年輪年代決定法の一つとしての酸素同位体比年輪年代法の利点と欠点

Advantages and disadvantages of the oxygen isotopic dendrochronology as a dendrochronological dating method.

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14C

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と構築して，より計画的かつ大きな取り組みにしていく

あれば保存処理されて来なかったような膨大な数の広葉必要がある。

樹を中心にした樹皮付の小径木の伐採年代を，発掘直後

酸素同位体比年輪年代法を推進していく上で，このよに酸素同位体比年輪年代法によって大量に決定すること

うに全国各地の埋蔵文化財発掘調査関係者とのネットができれば，遺跡の形成・維持・解体過程の詳細や，多ワークを構築していくことには，つの大きな意味があ

地域間でのその関係性及び，環境変動（特に酸素同位体

ると考えている。第一に，酸素同位体比を用いた年輪年

比自身が明らかにする降水量などの気候変動）との関わ代決定の利用を広げていくためには，全国の各地域・各りの解析などに，全く新しい展開をもたらす可能性があ時代を代表する年輪セルロース酸素同位体比の標準変動

るが，そのためには低湿地を中心にした遺跡における発パターンの構築，すなわちその時間的延伸，地域的拡大，掘情報を日々把握していることが重要である。今後もさ多資料データの統合による高精度化を実現していくこと

まざまな機会に全国の埋蔵文化財発掘調査関係機関とのが必要であるが，そのためには，さまざまな地域・時代連携を強めると共に，酸素同位体比年輪年代法の認知度の遺跡から発掘されるヒノキやスギ，コウヤマキ，ケヤと活用機会の更なる向上によって，本方法を軸とした研キなどの年輪数の多い出土木材資料の情報を，いかに多究のネットワークが自律的にできあがる状況を早期にく収集していけるかが鍵になる。第二に，酸素同位体比

作っていきたい。

年輪年代法はその高い年代決定精度を通して，先史時代の時代区分を代表するような遺跡や土器型式に対してピンポイントで暦年代を導入していくポテンシャルをもつ

આ．克服しつつある課題（઄）―出土劣化材への応用の開始

が，それが真に効果を発揮するためには，土器との一括

酸素同位体比年輪年代法には，本格的な破壊分析であ性が明確な樹皮付きの木器や，遺跡の時代を代表する地

るということに加えて，当初，従来の年輪年代法や放射層の上下から取得された自然木など，出土材の発掘現場

性炭素測定法にはない，大きな欠点があった。それは，の状況を熟知した調査担当者との綿密な情報交換が必要

セルロースの大部分が分解消滅しているような高度な劣になる。第三に，水田の杭列や集落の柱群などの従来で化材では，当然のことながらセルロースの酸素同位体比501-14_考古学と自然科学_中塚_2K.smd Page 5

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の測定は難しく，本方法の適用はできなかったことであるようになった。新しい手法とは，具体的には大型の試る。実際，低湿地の地下に何千年も埋まっていた木材の料の処理を可能にする反応容器の製作と，簡易的な凍結場合，褐色腐朽菌の作用によりセルロースが選択的に分乾燥技術の導入である（中塚ら：2016b）。そもそも 2010

解されて，材全体が柔らかくなっているものが多い。こ

年に開発した年輪からの大量迅速なセルロース抽出技術

うした材を，従来のセルロースの抽出工程（リグニンのの核心は，それまで「年輪を年ずつ切り取って粉末も除去工程）にかけると，ほとんど全ての部分が消失してしくはフレーク状にしたのち，年毎に個別にセルロース

しまうという困難に直面していた。その結果，縄文時代

抽出処理を行っていた」のに対して，「何十年〜何百年分の出土材の大部分，弥生時代の出土材でもその，割の年輪が含まれた木口面に平行な薄板を，板のままセル

は，分析の対象にすることができないという状況にあっロース化すること」に成功したことにある（Kagawa et

た（中塚：2015）。

al: 2015）。そのことによりセルロース抽出にかかる時間

こうした状況は，しかし，ここ年ほどの間に，新しが，数十から数百分の一まで短くなっただけでなく，セい分析手法の導入により急速に改善されつつあり，今でルロース化した板は元の板よりもはるかに柔らかいたは柔らかくなった材を含む殆ど全ての出土材について，

め，複雑な曲線になることが多い年輪境界に沿って正確

年輪セルロース酸素同位体比のデータを得ることができに年輪を切り取ることができ，年輪酸素同位体比の分析

図3

出土劣化材から作成した薄板のセルロース抽出工程における変化．平城宮址から出土した 8 世紀のケヤキ⒜とコナラ⒝の切り株（国立奈良文化財研究所提供）から作成した薄板の反応前（1）と反応後（2,3）の状態。2 は四辺を固定して強制的に収縮を止め，3 は自然に収縮させた。共にシリカゲルを用いた簡易凍結乾燥の後の状況である（中塚ら：2016b）。劣化によりセルロース残存量が極度に少なくなっているため，強制的に収縮を止めると薄板が薄くなりすぎて却って年輪が判読しにくい。⒝の心材部はほとんど劣化していないので，劣化した辺材部とのセルロースの残存率の違いが顕著である。
Fig.3 Conditional changes in degraded laths made of zelkova (a) and oak (b) stumps excavated from Heijyokyo palace, provided by Nara
National Research Institute for Cultural Properties, before (1) and after (2, 3) cellulose extraction processes. Plates (2) and (3) arecellulose laths, fixed and free during the chemical extraction respectively, both of which had been processed by freezing dry method(Nakatsuka, et al., 2016b). Because of the extremely decreased cellulose contents due to degradation, it is not easy to recognize ringboundaries for the “fixed” samples. Case (b) clearly demonstrates the difference in remaining cellulose contents between heartwood andsapwood.

601-14_考古学と自然科学_中塚_2K.smd Page 6

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精度が飛躍的に向上することになった。ところが，劣化分な統計学的精度を保証できるデータの重複度（中部日してセルロースが選択的に分解した出土材の場合は，こ本の時系列全体では，約 70 個体。約 2500 年の全ての年のセルロース抽出処理の過程で，「薄い板」が「細い糸」

毎にのように変わってしまって，年輪の判別が全くできなくている。裏を返せば，それ以外の地域・時代の標準変動なってしまっていたのである。しかしここで重要なこと

パターンについては，未だ分析個数（データの重複度）

は，「細い糸」であっても何らかの白い繊維が残ることはが少なく，その時代と地域を代表できる標準変動パター

事実であり，セルロース抽出の過程で完全に何もなくンとして，完全な統計学的精度は達成できていない。しなってしまうことは，まずなかったことである。つまり，

かし年輪年代の決定に際しては，「年代既知の年輪デー

この僅かに残ったセルロース様物質を年輪の形状を保っ

タの変動パターン」と「年代未知の年輪データの変動パ

たまま確実に取り出すことができれば，セルロースの酸ターン」との間で，統計学的に十分な一致が認められる素同位体比を年毎に測定できる可能性があった。そのたかどうかによって，個別に年代決定の成否が判定できる

めには，凍結乾燥などの技術を応用して乾燥時の収縮を（誤った判断は確実に排除できる）。それゆえ，標準変動防ぐと共に，劣化材の中で極端に少なくなってしまったパターンの統計学的精度の向上が道半ばであっても，つセルロースの含有量を前提にして，より大きな薄板を処まり部分的に年代決定の成功確率が低い時代が残ってい理できる容器を開発する必要があった。試行錯誤の末ても，その暫定的な標準変動パターンを年輪年代決定にに，図のようにほぼ全ての出土材について年輪の形状利用し始めることができるのである。そのため，図を認識可能なレベルに保ったまま，セルロースの抽出が年輪セルロース酸素同位体比の標準変動パターンは，こできるようになり，その酸素同位体比を分析することにれまでにも，日本各地の縄文時代から現在までのさまざ

よって，十分な数の年輪（30〜50 年以上）が含まれる木

まな時代における木材の年輪年代の決定に，しばしば成材遺物であれば，現在は，高い確率で年代決定ができる

功裏に利用されてきた。

ようになってきている。

ઇ．克服しつつある課題（અ）―気候の復元と標準変動パターンの公開

から 10 個体のデータの重複度）を達成するに至っの年輪幅や年輪セルロース酸素同位体比の標準変動パ
ターンが，「対象とする地域と時代の全体を完全に代表できる精度のものに向けて，徐々に進化しつつある途中の段階であっても，それらを年輪年代の決定に利用し始年輪年代法を普及していく上で最も重要な取り組み

められる」という年輪年代法の特徴は，標準変動パター

は，年代決定の際の物差しになる信頼できる「年輪幅やンの「構築」，「利用」，「公開」の時期的な関係性に微妙な

年輪セルロース酸素同位体比の標準変動パターン」の構

影響を及ぼす可能性がある。なぜならば，その出土材の築と公開である。幸い日本では，非常に多くの関係者の年輪年代決定への「利用」は，埋蔵文化財発掘調査の関方々の協力を得て，セルロース酸素同位体比についても，係者から一日も早く行うことが期待される一方で，標準

図 に示すように，わずか数年の間に一気に日本各地で変動パターンそのものは，通常，その全体が，完全になっ縄文時代中期から現在に至るさまざまな時代を対象に，たことが統計学的に論証できるようになってから，「公

標準変動パターンの構築が進んだ。特に長野県南部から開」されるべきものだからである。特に年輪セルロース

近畿中央部までの広域におけるヒノキやコウヤマキなど

酸素同位体比の場合は，図に示したように「相対湿度」の現生木，建築古材，遺跡出土木材，自然埋没木などをと「降水同位体比」というつの気候学的因子を介して，組み合わせて作成した，過去約 2500 年間に及ぶセルロー

光合成が起きる夏季の「降水量」と非常に高い負の相関

ス酸素同位体比の標準変動パターン（中塚ら：未公表デーを示すこと（中塚：2014a）がわかっており，「地域と時代タ）は，自然木だけから作成することに成功した屋久ス

を代表する標準変動パターン」とは，「その地域と時代のギの標準変動パターンと共に，ようやく 2017 年になっ夏の降水量の経年変動パターンについての高い精度の復て，ほぼ全ての時代について，地域を代表するに足る十元結果」にほかならない（中塚：2016）。同じことは，気701-14_考古学と自然科学_中塚_2K.smd Page 7

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Fig.4図 4 日本各地での年輪セルロース酸素同位体比の標準変動パターンの作成状況（2016 年 11 月現在）
Present status to establish master chronologies of tree-ring cellulose oxygen isotope ratios over Japan (Situation in November, 2016).

候変動の影響を受けて変化することが期待される年輪幅である弥生時代まで遡れる千年，千年の長さの標準の標準変動パターンについても言えることであり，そう

変動パターンを作成しなくてはならなかったという状況

したデータを形成途上の段階で公開してしまうと，部分も考慮すると，日本における年輪年代法の標準変動パ的な不十分さが残された古気候データが一般に流布してターンの「公開」が，その「利用」よりも遅れてきたこ

しまうことになりかねない。それゆえ，構築中のデータとは，不可抗力の側面もあったと言えるかもしれない。

を全面的に公開することは難しく，「年輪年代の決定は

幸い年輪セルロース酸素同位体比の場合は，多くの関係始めているのに，その元となる標準変動パターンが公開者の皆さんの協力を得て，既に中部日本と屋久島のヶされていない」という，一般的に言えば摩訶不思議な状所において，千年前後に及ぶ長期の標準変動パターン

況が生まれることにもつながってきた。

の全体に対して，地域と時代を代表できる十分な年輪資もとより年輪年代法がよって立つ基盤である年輪情報料の重複度にもとづく十分な統計学的精度のデータ（すの標準変動パターンは，それが年輪幅であれ，年輪セル

なわち夏の降水量の高分解能復元データとしても十分な

ロース酸素同位体比であれ，「公開」の上で「利用」する信頼性）を獲得できつつある。今後，そうしたデータをのが望ましいことは言うまでもない。しかし，日本全国

早期に出版・公開することで，気候変動の理解とその人の埋蔵文化財の発掘調査現場で年輪年代決定の莫大な間社会との関係の解析に大きな貢献ができると同時に，ニーズがある一方で，年輪年代に携わる日本の研究者の酸素同位体比年輪年代法を含む，日本における年輪年代

数は，年輪幅に基づく年代決定が当初簡単ではないと考研究の更なる普及促進に寄与していきたい。

えられていたことも反映して，欧米や中国と比べて極端に少なく，年輪研究者が標準変動パターンの統計学的な精度の向上に専念できる状況にはなかったと思われる。
また短期間のうちに，日本考古学の主な研究対象の一つ

ઈ．これからの課題（ઃ）―人材育成と体制構築
酸素同位体比年輪年代法は，その誕生から未だ数年の

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年月しか経っていないが，その間にも上述のように，社

射性炭素濃度の測定には，非常に大きな装置と技術，資会的認知度の拡大，劣化材の分析技術の改良，標準変動本が必要になるが，放射性炭素の計測には木材の年代決

パターンの高精度化などの，さまざまな発展を遂げてき定以外にもさまざまなニーズがあり，早期から民間の会た。しかし今後の本格的な展開を考える際には，より大社への技術移転が進んでいて，全国の埋蔵文化財発掘調

きな暗雲の存在に気が付く。それは人材育成と体制構築

査関係者は，予算の裏づけさえあれば，自由に放射性炭の壁である。実際，過去数年間の全国の埋蔵文化財発掘

素の分析を依頼できる立場にある。この点，酸素同位体

調査機関との出土木質遺物の年代決定を巡る共同研究に

比年輪年代法の場合は，年輪幅と比べて技術的なハードおいても，非常に重要な多数の資料の提供を受ける一方ルがそれなりに大きい一方で，放射性炭素と比べると汎で，その年輪セルロース酸素同位体比の分析は，筆者の用性が小さく，民間への技術移転も簡単には進みにくい

研究室の人的能力の不足から，時に大きく滞り，共同研

状況にあると思われる。改めて人材育成と体制構築の構

究の相手の皆さんにしばしば大きな迷惑をかけることに想を練る必要がある所以である。

なってしまった。2017 年現在，全国の自治体での「団塊2017 年の現時点において，日本中の遺跡から出土するの世代」の埋蔵文化財発掘調査員の大量退職に対応して，木質遺物の酸素同位体比年輪年代測定は，筆者の研究室，その補充のために若い考古学関係者の人手不足が続いてもしくは筆者の研究室に最終的なセルロース試料を年輪おり，酸素同位体比年輪年代法という新しい技術を伝え

酸素同位体比の測定のために送付できるだけの木材年輪

る相手がいなくなっている（筆者の研究室で直接雇用でからのセルロース抽出技術を持った全国数ヶ所の大学やきる考古学関係者がいないことはもちろん，自治体の発研究所，民間の研究室のみによって，担われている。い

掘調査関係者に対して短期の技術指導を行うことも時間ずれにしても，最終的な酸素同位体比の測定は，筆者の的に難しい）ことが一つの原因である。一方で，科研費研究室のたった一つの装置（熱分解元素分析計と同位体や研究所のプロジェクト経費といった短期的な予算だけ

比質量分析計のオンライン装置であるサーモフィッを用いて研究スタッフや分析装置の手当てを行い，酸素

シャーサイエンティフィック社の TCEA/IRMS）によっ

同位体比年輪年代法の運用を進めている現状も，決してて行われており，装置の故障が，測定全体の停止に直結

持続可能なものではなく，本方法の定着と発展のためにする極めて不安定な状況にある。まずは日本の数ヶ所のは，全国の埋蔵文化財発掘調査関係者及びその周辺の民理系研究室の中にもある同種の有機物専用の酸素同位体

間調査機関に対して，早期に本方法の技術移転を進めて比測定装置を，出土材の年輪年代決定にも活用できる体いく必要がある。

制を構築していくと共に，将来的には花粉分析や木材の酸素同位体比年輪年代法は，同位体地球化学という考

樹種鑑定，あるいは木器の保存処理技術と同様に，民間

古学や文化財科学の外からもたらされた手法であり，大の調査会社や全国のいくつかの拠点となる埋蔵文化財発学や自治体，さらに民間の会社を含む考古学の既存の研掘調査機関に対して，酸素同位体比年輪年代法の技術を究室の中には，その技術をそのまま受容できる組織はな

広く普及・定着させていくことが理想である。そのためい。同じ木材年輪の年代決定法である「年輪幅にもとづには，年輪セルロース酸素同位体比の標準変動パターン

く年輪年代法」や「放射性炭素の濃度計測による方法」の構築と公開を進めると共に，その知見を，セルロースの場合も，考古学研究室の多くに技術移転がされている抽出の手法や酸素同位体比測定の技術とセットにして，訳ではないが，年輪幅の計測は，酸素同位体比の測定よ

頻繁な講習会の開催などを通して，官民，即ち地方自治

りも時間的・費用的にはるかに小さな負担で遂行可能で体の埋蔵文化財発掘調査機関や民間の調査会社に移転すあり，小さな専門の研究室があれば全国の資料の分析とる取り組みを進めて行くことが必要になる。実のとこ解析を担っていける可能性がある。また全国の埋蔵文化

ろ，セルロース酸素同位体比の測定には，人件費や同位財発掘調査機関でも，標準変動パターンの情報さえあれ

体比測定装置の減価償却費を除けば，サンプル（年

ば，独自に分析解析を行うことも可能であろう。逆に放輪）当り 10 円単位のコストしか掛からない。官民への901-14_考古学と自然科学_中塚_2K.smd Page 9

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技術移転さえ進めば，日本中で気軽に活用できる年代測の季節変動の解析である（中塚：2006）。セルロース酸素

定法の一つになることに疑いはないのである。

同位体比は，図に示したように，原料となる糖類が葉ઉ．これからの課題（઄）―技術革新と対象
拡大の中で光合成によって作られた際の葉内水の酸素同位体比を反映するが，葉内水の酸素同位体比自身は，降水の酸素同位体比や相対湿度の変動を反映して，一日の間で表に示したように，酸素同位体比年輪年代法には木も，一年の間でも，そしてもちろん年輪に対応した数年

材年輪年代の決定法として，さまざまな利点があるが，から数百年の範囲内でも，あらゆる時間スケールで変動

デジタル写真でも解析できる年輪幅にもとづく従来の年している。このうち一年の間での葉内水の酸素同位体比

輪年代法と比べると，「大きな破壊を伴う分析である」との変動は，一つの年輪の中のセルロース酸素同位体比のいう明らかな欠点があり，年輪を伴わない木片からでも

年層内変動（季節変動）と言う形で記録されていること

年代が出せる放射性炭素の濃度測定法と比べても，「年が分かっており，その記録はセルロース酸素同位体比の輪数が数十年以上はないと年代決定には至らない」とい

精密分析によって明らかにすることができる。重要なこう大きな制約がある。この「破壊分析」という欠点を乗とは，「降水同位体比や相対湿度の季節変動パターンはり越えることができれば，文化財としての重要性が明確

年毎に異なる」，すなわち，光合成が活発に行われる季節な（つまりその暦年代の決定にも明確な意義がある）木の中でも，初夏が空梅雨になったり，盛夏に台風が来た

製品をつつ分析していけるであろうし，「数十年のり，水環境の変動パターンは年毎にさまざまなことであ年輪数」という制約を外すことができれば，低湿地の遺る（庄：2016）。それが転写される「セルロース酸素同位跡から出土する文字通り「全て」の樹皮付の柱や杭，板体比の季節変動パターン」の情報量は，年につしかなどの伐採年代を年単位で決定して，そうした遺跡の時計測しない年層毎のセルロース酸素同位体比の場合より

空間変動の実態を余すところなく明らかにしていけるでも，何倍・何十倍にもなる可能性があり，これを用いれあろう。

ば，年輪数がわずか数年しかない木材であっても，理論「破壊分析」と言う欠点を最小限にするためには，遺物

的には暦年代の決定に至る可能性がある。実際には，梅の表面に最小限の傷跡しか残さないように直径 cm 前

雨が来たり来なかったりする北海道はともかくとして，後のドリルで，年輪コア試料を採取できるようにするこ

本州以西の地域では水環境の季節変動パターンは毎年そとが重要である。現時点では，劣化のほとんど進んでいれほど大きく変わるわけではないが，年毎に微妙な違い

ない現生木や建築古材のほか，ポリエチレングリコールがあることを我々が日々実感しているのも，また事実で（PEG）などによって資料が堅牢に固められた出土材にある。今後，さまざまな樹種の現生木を用いた基礎研究

対しては，ドリルによる年輪コアの採取が有効であるこを行うと共に，弥生時代末期などの遺跡出土木材の多くとが分かっているが，水漬け保存されただけの生の出土が集中する時期を対象に，年層内酸素同位体比のデータ

材の場合は，ドリルでは，回転中に資料の形状が保持でベースの作成が進めば，近い将来，わずか数年の年輪数きなくなるためコアの採取はできないことが分かっていの木材でも暦年代が決定できるようになることは，夢でる。PEG 処理されていた大阪の難波宮の柱根の年代を，はないのかもしれない。

ドリルによって採取された年輪コアの酸素同位体比分析
からきれいに決めることができた事例（中塚：2014b）のઊ．おわりにように，PEG 処理済の貴重な木器試料に対する分析の成

セルロース酸素同位体比を用いた年輪年代決定法の特功事例を積み重ねていくことも，信頼の獲得には重要で長は，広葉樹を含むあらゆる樹種の木材の年代が決定であると思われる。

きること，そして従来の年輪年代法では，ヒノキやスギ「数十年の年輪数」という制約を乗り越える可能性のなどの針葉樹の中でも年輪数が百年を越えるような出土あるつの方向性が，年層内のセルロース酸素同位体比材に対してしか，年代決定できなかったのに対して，年1001-14_考古学と自然科学_中塚_2K.smd Page 10

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輪数が数十年のものでも高い確率で年代決定ができるよ

酸素同位体比年輪年代法の活用の進展によって，低湿地

うになってきたこと，そして上述のように，最終的にはの遺跡から出土するあらゆる小径木に対して年輪年代の年輪数が数年しかない木材に対しても年代決定ができる

決定ができるようになれば，年輪セルロース酸素同位体可能性が出てきたことにある。年輪が百年以上あるよう

比自身が明らかにする気候変動の実態とも対応させて，な針葉樹材は，製材されて樹皮がついていない場合が多年代の分布を解析することで，当該遺跡の形成・維持・

く，その貴重さゆえに転用される可能性も高いが，広葉

廃絶の全過程を，その理由を含めて徹底的に明らかにし樹の小径木からなる竪穴住居の柱や水路の杭，水田の矢て行ける可能性がある。その全ては，酸素同位体比年輪板などには，樹皮が付いた転用の可能性の低い材が無数

年代法の技術の改良と普及を，いかに実現していけるかに使われている。これまでは，その樹種の違いによって，に掛かっている。これまで以上に，そのために力を注い

あるいは，年輪数の少なさによって，そうした広葉樹ので行きたい。

小径木は，年輪年代決定の対象になることはなかったが，引用文献
木村勝彦・荒川隆史・中塚武 2012 「鳥海山の神代杉による縄文晩期をカバーする年輪酸素同位体比の物

差しの作成と実際の適用例」日本植生史学会第 27 回大会・講演要旨集 pp. 46-47
庄建治朗 2016 「年輪セルロース酸素同位体比の年層内変動データを用いた年代照合の可能性に関する検討」 総合地球環境学研究所・気候適応史プロジェクト成果報告書 pp.55-63

中塚

武 2006 「樹木年輪セルロースの酸素同位体比による古気候の復元を目指して」 低温科学 65

pp.49-56
中塚

武 2014a 「樹木年輪セルロースの酸素同位体比による気候変動の復元」『現代の生態学⑪

地球環

境変動の生態学』（原登志彦編）共立出版 pp.193-215
中塚

武 2014b 「研究最前線―年輪セルロース酸素同位体比による年代測定」総合地球環境学研究所・気候適応史プロジェクト Newsletter 1 pp. 4-5

中塚

武 2015 「酸素同位体比がもたらす新しい考古学研究の可能性」考古学研究 62 pp.17-30．

中塚

武 2016 「高分解能古気候データを用いた新しい歴史学研究の可能性」 日本史研究 646 pp.3-18

中塚

武・許

晨曦・佐野雅規 2014 「年輪セルロース酸素同位体比を用いた出土木材の年代決定」『愛知

県埋蔵文化財センター調査報告書
中塚武・佐野雅規・村上由美子・許第 186 集一色青海遺跡Ⅲ（第分冊）』pp.128-137.

晨曦 2016a 「八日市地方遺跡から発掘された木材の年輪セルロー

ス酸素同位体比による年代決定」『八日市地方遺跡発掘調査報告書・第中塚武・佐野雅規・李部』pp.255-262．

貞 2016b 「酸素同位体比年輪年代測定のための劣化した考古材からのセルロー

ス抽出法の開発」日本文化財科学会第 33 回大会・講演要旨集 pp.38-39.
箱崎真隆・木村勝彦・佐野雅規・李貞・對馬あかね・小林謙一・設楽政健・木村淳一・中塚武 2017 「中道遺跡・川原館遺跡出土木材の酸素同位体比年輪年代測定（第節）」『川原館遺跡・中道遺跡・東早稲田遺跡 発掘調査報告書（第二分冊）』（青森市教育委員会）pp.256-259．
樋上

昇・中塚

武・大石恭平 2015 「稲沢市下津宿遺跡出土井戸枠の酸素同位体比年輪年代測定結果について」愛知県埋蔵文化財センター研究紀要 16 pp.49-68
光谷拓実 2005 「年輪年代法―実年代を探る」文化遺産の世界 16 pp.1-11
Kagawa, A., Sano, M., Nakatsuka, T., Ikeda, T. and Kubo, S. 2015 “An optimized method for stable isotope
analysis of tree rings by extracting cellulose directly from cross-sectional laths”, Chemical Geology 39311

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394 pp.16-25
Nakatsuka, T., Ohnishi, K., Hara, T., Sumida, A., Mitsuishi, D., Kurita, N. and Uemura, S. 2004 “Oxygenand carbon isotopic ratios of tree-ring cellulose in a conifer-hardwood mixed forest in northern Japan”
Geochemical Journal 38 pp.77-88（2017 年

月日受付，2017 年 10 月 24 日受理）

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Establishment and Development of Oxygen Isotopic
Dendrochronology
ઃ）Takeshi NAKATSUKA
）

Research Institute for Humanity and Nature, 457-

Motoyama, Kamigamo, Kita-ku, Kyoto 603-8047, Japan.

Abstract
Oxygen isotopic dendrochronology is a very new methodology to date wood samples using the tree-ringcellulose oxygen isotope ratio instead of tree-ring width. The tree-ring cellulose oxygen isotope ratio
reflects relative humidity and precipitation isotope ratios during photosynthesis seasons, irrespective of thetree species and independent of the ecological conditions of trees. Accordingly, it can be used as a universal
dendrochronological index applicable to tree-ring dating by making comparisons between different
individual trees and species, including broad-leaved trees. Although this technique has only been used since2011, the method has encountered many initial problems, some of which have been partly overcome. (1)The advantages of oxygen isotopic dendrochronology, including its universal applicability across tree
species and high sensitivity to local climate variation, have become gradually known by many Japanesearchaeologists through presentations and direct collaborations focused on dating wooden artifacts
excavated from archaeological sites across Japan. (2) Improvements in the analytical procedure haveenabled the measurement of tree-ring cellulose oxygen isotope ratios even for highly degraded wood. (3)Repeated isotopic measurements of numerous tree-ring samples from the last 2600 years in central Japan
have made the current very long oxygen isotopic tree-ring chronology highly reliable for both dating wood
samples and reconstructing past climate variation. However, there remain considerable unsolved
challenges. (A) The transfer of oxygen isotopic dendrochronology technologies to local governmental
centers and private companies for archaeological excavations is urgently needed. Because oxygen isotopic
measurements for dendroarchaeological purposes are currently conducted in only my laboratory, any
kinds of instrumentation failures can suddenly stop the entire body of relevant research activities in Japan.
(B) Further technological improvements are desirable to extend the applicable targets of oxygen isotopic
dendrochronology, such as the development of methods to collect tree-ring cores without causing
significant damage to precious wooden cultural artifacts and the establishment of a database of intra-ring(seasonal) variation in cellulose oxygen isotopic ratios to enable the dating of small excavated wood samples
that contain only several years of rings.

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