放射性炭素年代測定
リビーが最初の放射性炭素年代分析実験を行ってから数十年にわたって、個々の炭素原子の放射性崩壊を検出することが試料中のCを測定する唯一の方法だった。このアプローチで測定されているのは試料の比放射能、すなわち単位質量当たり・単位時間当たりの崩壊数である。C原子の崩壊によって放出されるベータ粒子を検出しているため「ベータ線計数法」とも呼ばれる。1970年代後半には測定対象のC原子とC原子の数を加速器質量分析装置 (AMS) によって直接計量する新たなアプローチが登場した。AMSは試料の放射能ではなくC/C比を直接計量するが、それらの測定値は互いに正確に換算することができる。しばらくの間はベータ線計数法の方がAMSより正確だったが現在では逆転しており、AMSの方が上位の放射性炭素測定法となっている。AMSはベータ線計数法と比べて精度の向上のほか、小さい試料でも正確に分析できることと、測定が非常に速いという二つの重要な利点がある。AMSでは1%の精度で測定を行うのに数分しか要しないが、それはベータ線計数法で可能な速さをはるかに超えている。
リビーが最初に発表した炭素交換リザーバー仮説ではC/C比が世界中どこでも一定だと仮定していたが、その後リザーバー間の差異を作り出す要因がいくつか見つかっている。
再結晶を経た貝殻を分析することが避けられないとしても、一連の試験によって貝殻を元々構成していた部分を特定できる場合もある。貝殻に含まれる生物由来のタンパク質コンキオリンを分析することも可能だが、貝殻の構成物質の1–2%にしかならない。
泥炭の主成分はフミン酸、ヒューミン、フルボ酸の三つである。その中では塩基に不溶で環境から不純物を取り込みにくいヒューミンが最も信頼性の高い年代を与える。泥炭が乾燥している場合、試料と識別しづらい小根を除去する困難さがある。
土壌には有機物が含まれるが、より年代の新しいフミン酸によって汚染されている可能性が高く、満足いく年代測定を行うのは非常に難しい。土壌をふるいにかけて有機物由来の小片を抽出し、試料サイズが小さくても測定可能な方法を用いるのが望ましい。
ほかに年代測定が行われた実績がある物質としては、象牙、紙、織物、種子や穀物の粒、泥レンガ(英語版)の中から採取された藁、焼き物に残っていた焦げた食物がある。
熱ルミネッセンス法(英語版)であれば「TL yr BP」となる。較正済みの放射性炭素年代はしばしば「cal BP」などと書かれる。Radiocarbon 誌は較正後の年代が統計的に導かれた値であることを強調しており、確定した暦年代ではなく「cal date-range confidence」(date-range は年代範囲、confidence は信頼水準)のように年代範囲として表記するよう求めている。例として「cal 1220–1281 AD (1σ)」とあったなら、信頼水準1σ、つまりおよそ68%の確率で1220年から1281年までの間に真の年代が存在するという意味である。較正後の年代も「BC」や「AD」の代わりに「BP」で標記して構わない。分析結果の較正には最新のIntCal曲線を用いることが推奨され、較正に用いたOxCalなどのプログラムをすべて特定することも求められる。2014年の Radiocarbon 誌に掲載された放射性炭素年代の報告に関する慣行についての論文では、そのほかにも試料物質、前処理法、精度管理実験などの実験方法を記載することが推奨されている。また較正に用いたソフトウェアのバージョンや選択したオプションやモデルを特定すること、ならびに較正後の年代範囲それぞれの確率を付記することも推奨された。
大気圏の炭素が海洋表層に溶け込むには数年しかかからないが、海洋表層は海洋リザーバーの炭素貯蔵量の90%にあたる海洋深層とも水を交換している。深層海水はおよそ1000年かけて循環して表層に戻ってくる。そのため表層では、Cが減少した古い水と、大気圏のCと平衡状態にある表層水とが混じり合っていることになる。
海洋表層で生活する生物は周囲の海水と等しいC/Cを持つため、体内のCは大気に比べると少ない。その影響で、現生の海洋生物であっても放射性炭素年代を測定すると400年に近い値になる。一方で陸生生物のC/C比は大気圏と等しい。これらの生命体は全体で炭素の1.3%を貯蔵している。海洋生物は総重量にして陸生生物の1%以下でしかないため上の図には示されていない。死んだ動植物に由来する有機物は炭素貯蔵量が生物圏の3倍に近い。それらは環境と炭素の交換を行わないのでC/C比は生物圏より小さくなっている。
ベータ計数法とAMSの測定結果はどちらも同位体分別の補正が必要である。年代が等しくとも物質が異なれば分別効果によってC/Cが異なるので、見かけの年代に差が生じてしまう。これを避けるため、放射性炭素の測定値はすべて、試料がδC値−25‰の木材でできていた場合に測定されるであろう値へと変換される。
補正後のC/C比が求められたら、以下のように「放射性炭素年代」(Age) を計算する。
Age = − ln  ( Fm ) ⋅ 8033 years {\displaystyle {\text{Age}}=-\ln({\text{Fm}})\cdot 8033{\text{ years}}}
この計算に用いられる平均寿命の値8033年はリビーの半減期5568年から導出されるものである。近年のより正確な半減期5730年によると平均寿命は8267年となるが、その値は用いられない。リビーの値が使われるのは初期の分析結果との整合性を保つためである。較正曲線にはその補正が取り入れられているので、最終的に記述される暦年代は正確なものである。