放射性炭素年代測定
これは日本の考古学者の多くを驚愕させた。また、測定を依頼した芹沢長介らと、大陸で出土した遺物の年代から3000年前と主張する山内清男との間で論争が起きている。
青森県東津軽郡外ヶ浜町の大平山元I遺跡の縄文時代草創期の土器製作時期が、通説より4500年も古い(早い)1万6500年前と1999年4月に発表された。この実年代は、ワシントン大学のスタイヴァーらが炭素14年代を年輪年代や珊瑚年代を使って暦年に換算する国際校正曲線 (INTCAL 98) を使ったものである。また、弥生時代の開始期は通説では紀元前5 - 紀元前4世紀ごろであったが、2003年3月の国立歴史民俗博物館の発表では約500年古い(早い)約3000年前(紀元前10世紀終頃、つまり、九州北部の弥生時代早期が前949年 - 915年から、前期が前810年頃から、中期が前350年頃から、それぞれ始まった。)に遡る結果が出た。
その後国内独自の年代校正曲線が国際校正曲線と異なることが判明し、また土器等に付着する海水由来の塩分によるリザーバー効果により年代が実際より古く推定されることも判明したために、縄文時代の開始時期については依然として議論が続いている。
より広い観点からは、放射性炭素年代測定の成功は考古学的データに対する分析的・統計的なアプローチへの関心を高める役も果たした。
一般に興味が持たれている物品に放射性炭素年代分析が行われることもある。磔刑で死んだイエス・キリストの像を写し取った亜麻布だとされるトリノの聖骸布はその一例である。1988年に三カ所の独立した研究所によって行われた聖骸布から取られた布片試料の年代分析(英語版)の結果は14世紀の起源を示唆しており、1世紀の聖遺物としての真正性が疑われることになった。
考古学の年代測定に応用できる宇宙線由来の放射性同位体を炭素以外から探す研究もなされている。例としてはHe、Be、Ne、Al、Clがある。これらの同位体は1980年代に発展したAMSによって十分正確に計数することができ、主に岩石の年代測定に応用されている。自然に存在する放射性同位体も年代測定に応用することが可能であり、カリウム-アルゴン法、アルゴン-アルゴン法、ウラン-トリウム法のような手法がある。そのほか考古学で用いられる年代測定手法には熱ルミネッセンス法(英語版)、光励起ルミネッセンス法(英語版)、電子スピン共鳴法、フィッショントラック法があり、また年輪年代法やテフロクロノロジー、年縞年代法のように周年変化する縞や層を利用する手法も存在する。
高温ではCO2の水への溶解度が低下し、光合成反応に必要なCO2が減ることになる。この条件の下では分別が抑制されるため、温度が14°C以上になるとそれに応じてδC値も高くなる。低温ではCO2の溶解度が上昇して生物にとって利用可能な量が増える。動物のδCは食餌の影響を受け、δC値が高い食品を食べる動物はそうではない動物よりδCが高くなる。動物自身の生化学プロセスからの影響もある。たとえば骨塩と骨コラーゲンはどちらも一般に食餌よりもC 濃度が高い(ただし生化学的な理由は異なる)。骨にCが濃縮するということは、排泄物のCは摂取した食餌より低いということでもある。
Cは試料中の炭素の約1%を占めるため、C/C比は質量分析法によって正確に測定することができる。δCの典型値は多くの植物や骨コラーゲンなど動物の各部位について実験的に求められているが、試料の年代測定を行うときは文献値ではなくその試料から直接δC値を測定するべきである。
大気中のCはCよりも海水に溶け込みやすいため、大気中のCO2と海洋表面の炭酸塩の間の炭素交換でも分別は起きる。その結果、海洋全体でC/C比が大気と比べて1.5%上昇することになる。このC濃度の増加は放射性炭素年代を若い方におよそ400年ずらす。しかしこのずれは、海水の湧昇によるCの減少(深水に含まれる炭素は年代が古いためCが少ない)とほぼ打ち消し合うので、C放射性を直接測定して得られる値は他の生物圏とあまり変わらない。しかし生物圏の異なる場所どうしを比較するには同位体分別の補正が欠かせない。補正を行うと表層海水の年代は見かけ上400年となる。
放射性炭素年代測定(ほうしゃせいたんそねんだいそくてい、英: radiocarbon dating)とは、炭素の放射性同位体の一つであるCの性質を利用して有機物を含む物体の年代測定を行う手法である。1940年代の後半にシカゴ大学のウィラード・リビーによって研究開発され、それによってリビーは1960年のノーベル化学賞を受賞した。日本語では炭素14法、炭素年代測定法、C14法、C14年代測定法とも言われる。
地球大気中に豊富に存在する窒素(N)に宇宙線が作用することでCが恒常的に作られていることを利用した方法である。発生したCは大気中の酸素と結合して放射性二酸化炭素となり、光合成によって植物に取り込まれ、さらに植物を食べた動物に取り込まれる。個々のCはやがて放射性崩壊を起こして別の核種に変わるが、外部からの供給が続けば体内のC量はある平衡値に落ち着くことになる。しかしそれらの動物や植物が死ぬと、環境との炭素交換が止まるためCは減る一方となる。すなわち、木切れや骨片など生体に由来する試料に含まれるCの量を測定すれば、元となった生物がいつ死んだかを知ることができる。Cの半減期(ある核種について存在量の半数が崩壊するのにかかる時間)は約5730年であり、試料が古いほど検出すべきCの量は低下していくので、信頼性のある年代測定が行えるのは最大で約5万年前までに限られる。ただし特殊な試料調製法によってそれより古い年代を測定できる場合もある。
大気中でのCの存在比は生体内Cの量を決定づけるため、その値の変化を過去5000年にわたって調べる研究が1960年代から現在まで続いている。
リビーは共同研究者とともに実験に着手し、ボルチモアの下水処理場から採取したメタン試料に同位体濃縮(英語版)を行うことでCの存在を実証した。対照的に石油を原料とするメタンからは年代が古いため放射性炭素は確認されなかった。この結果をまとめた論文は1947年に『サイエンス』誌に掲載された。リビーらはその中で、有機物由来の炭素を含む物体の年代測定が可能であることが示唆されたと主張した。
リビーとジェームズ・R・アーノルド(英語版)は放射性炭素年代測定のアイディアを検証するために年代が判明している試料の分析を始めた。例として、エジプト王ジェセルとスネフェルの墳墓から出土した紀元前2625±75年と同定されている二つの試料に放射性炭素年代測定を行ったところ、平均で紀元前2800±250年という結果が得られた。この結果は1949年12月に『サイエンス』誌に掲載された。それから11年のうちに放射性炭素年代を研究開発するグループが世界中に20か所以上現れた。リビーはこの研究開発によって1960年にノーベル化学賞を受賞した。