科学者はどのようにして物の古さを知るのか？

対象物の年代を正確に知ることができれば、地球がいつできたのか、過去の気候、初期の人類の生活などを知ることができます。

専門家によると、最も一般的な方法は放射性炭素年代測定法だそうです。 この方法では、放射性炭素同位体である炭素14の量を測定します。炭素14は、中性子の数が異なる原子のバージョンです。 炭素14は環境中に広く存在しています。 英国オックスフォード大学の考古学者であり、放射性炭素年代測定の専門家であるトーマス・ハイアム氏によると、炭素14は大気中で形成された後、植物はそれを吸い込み、動物はそれを吐き出します。

「生きているものすべてがそれを取り込んでいる」とハイアム氏はLive Scienceに語っています。

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最も一般的な炭素の中性子は6個ですが、炭素14は2個余分にあります。 そのため、この同位体は最も一般的な炭素の形よりも重く、安定性が非常に低いのです。 そのため、何千年も経つと、炭素14はやがて壊れてしまう。 中性子の1つが陽子と電子に分裂します。 電子は逃げ出し、陽子は原子の一部として残ります。

生物が死ぬと、炭素14の摂取が止まり、体内に残った分はゆっくりとした放射性崩壊の過程に入ります。 科学者たちは、一定量の炭素14の半分が崩壊するのにかかる時間、つまり半減期と呼ばれる長さを知っています。 そのため、動物の皮膚や骨格、灰や木の輪などの有機物の年齢を測定するには、その中に残っている炭素14と炭素12の比率を測定し、その量を炭素14の半減期と比較します。

炭素14の半減期は5,730年なので、過去5万年の歴史を研究したい科学者には理想的な方法です。 “農耕の起源や文明の発展など、人類の歴史の中でも特に興味深い部分を網羅しています。 農耕の起源や文明の発展など、これらはすべて放射性炭素の時代に起こったことです」。

しかし、それよりも古いものは炭素14の99%以上が失われており、検出するには少なすぎると、ペンシルバニア州立大学放射性炭素研究所のブレンダン・カルトン助教授は言います。 もっと古い天体の場合、科学者たちは炭素14を年齢の尺度としては使わない。

世界最古の物体では、ウラン・トリウム・鉛の年代測定が最も有効な方法です。 “

世界最古の物体に対しては、ウラン・トリウム・鉛の年代測定が最も有効で、「地球の年代測定にはこれを使っています」とハイアム氏。 放射性炭素年代測定法は、かつて生きていた物質にしか使えませんが、ウラン・トリウム・鉛年代測定法は、岩石などの物体の年代を測定することができます。 この方法では、さまざまな放射性同位元素の量を測定し、そのすべてが崩壊して安定した鉛の形になる。 この崩壊の連鎖は、ウラン238、ウラン235、トリウム232の分解から始まる。

「ウランとトリウムは非常に大きな同位体なので、はじき出されてしまうのです。 ユタ州立大学の地質学者であるタミー・リテノール氏は、「これらは常に不安定です。 これらの「親同位体」は、それぞれ別の放射性同位体のカスケードで分解され、最終的に鉛になります。 環境保護庁によると、これらの同位体の半減期はそれぞれ異なり、数日から数十億年に及ぶという。 放射性炭素年代測定法のように、科学者はこれらの同位体の比率を計算し、それぞれの半減期と比較する。

最後に、年齢ではなく、最後に熱や日光にさらされた時期を知ることができる年代測定法があります。 発光年代測定法と呼ばれるこの方法は、過去100万年間の地形の変化を研究する地球科学者に好まれています。この方法を使えば、氷河が形成されたり後退したりして谷に岩が堆積した時期や、洪水によって川の流域に土砂が堆積した時期を知ることができると、リトナー氏はLive Science誌に語っています

これらの岩石や堆積物に含まれる鉱物が埋もれると、周囲の堆積物が発する放射線にさらされます。 この放射線は、鉱物の原子から電子を追い出します。 電子の一部は原子の中に落ちていきますが、他の電子は原子の密集したネットワークの中の穴などに詰まってしまいます。 これらの電子を元の位置に戻すには、2回目の熱や太陽光への曝露が必要である。 科学者はまさにそれを行う。 試料に光を当てると、電子が原子の中に戻ってきて、熱と光、つまり発光信号を発するのです。

「埋まっていた期間が長ければ長いほど、より多くの放射線を浴びたことになります」とリトナー氏。 要するに、大量の放射線にさらされた長い間埋まっていた物体は、とてつもない量の電子が叩き出され、それらが一緒になって原子に戻るときに明るい光を放つのだと彼女は言う。 したがって、発光信号の量によって、その物体がどれだけ長く埋もれていたかがわかるのです。

物体の年代測定は、世界の年齢や古代人の生活様式を知る上で重要なだけではありません。 法医学者は、殺人や美術品の偽造などの犯罪を解決するために放射性炭素年代測定を利用しています。 放射性炭素年代測定法は、高級ワインやウイスキーがどのくらいの期間熟成されていたか、つまり偽造されたものかどうかを知ることができるとハイアム氏は言います。 “

Originally published on Live Science.