放射性炭素年代測定とボンブ・カーボン

  • 放射性炭素年代は全地球的に放射性炭素濃度が過去から現在まで一定であったことを前提としています
  • 核実験により人為起源の放射性炭素が放出されたため、放射性炭素濃度は増加しました
  • 核実験は禁止されましたが、現在もその影響は残っています
Carbon

放射性炭素年代は全地球的に放射性炭素濃度が過去から現在まで一定であったことを前提としています。 放射性炭素(C14)は大気圏上層で、宇宙線の二次中性子と窒素の反応によって生成されます。 生成されたC14は大気中でただちに酸化され二酸化炭素(CO2)として地球圏の炭素サイクルに組み込まれます。  そしてC14は他の安定な同位体(C12,C13)と共に大気中を循環し、 大気圏と生物圏で平衡状態になるまで混合・交換が起こります。 はじめ放射性炭素年代測定は他の要因によるC14が大気中に付加されないということを前提としていました。 しかし最近では研究者はさまざまな他の要因によるC14の付加を考慮して、地球圏のC14濃度の変動の解明を行っています。そのひとつが核実験によるC14です。

C14濃度に影響を与える人間活動

過去に2つの原因によって、人為起源のC14によって地球圏のC14濃度が変動しました。

ひとつは化石燃料の燃焼、もうひとつが核実験によるC14の放出です。化石燃料の燃焼は大気中のC14濃度をわずかに減少させました。(Suess 効果) それに対し1950年代~1960年代の核実験は大気中のC14濃度を劇的に増加させました。(Bomb 効果)

Bomb Carbon、Bomb 効果とは?

Nuclear Weapons

核実験の影響により人為的な放射性炭素が大気中に付加されました。これをボンブ効果といいます。核実験の際、熱中性子が窒素と反応して大量のC14が生成されました。このC14を Bomb Carbonとよびます。この人為的要因によるC14のため、大気中のC14濃度は平常状態の約2倍にも増加したとされています。その濃度は北半球においては1963年、南半球においては1965年にピークに達しました。

Bomb Carbon と放射性炭素年代測定

人為的要因による地球圏のC14濃度の変動によって、放射性炭素年代測定のための標準試料を定義する必要が生じました。放射性炭素年代測定では、化石燃料の燃焼または核実験の影響による人為起源のC14に汚染されていない有機物がリファレンスとして必要です。そこでアメリカのNational Bureau of Standardsが所持していたOxalic acidが標準試料として採用されました。そのC14濃度は放射性炭素年代測定の基準年となるAD 1950の木のC14濃度とほぼ同等です。

放射性炭素濃度への長期的な影響

原則的に核実験が禁止された現在でもその影響は残っています。大気中のC14濃度は、徐々に減少し核実験が行われる前の濃度にかなり近づいてきましたが、1990年代において約20%程度1950年のレベルより高かったことがわかっています。 

多くの研究者によって炭素リザーバーにおける様々なC14の挙動を解明するためにBomb Carbonは利用されています。

木年輪間では放射性炭素年の交換が起こらないことが解明され、年輪年代と放射性炭素年代の組み合わせによって暦年代較正曲線が作成されました。

地球化学的な海洋研究では太平洋、大西洋、インド洋などで海水のC14濃度を測定し、海洋のボンブカーボンのマッピングを行いました。これらのデータによって、海洋におけるC14の挙動、交換時間、滞留時間の解析が行われています。1990年から2002年の World Ocean Circulation Experimentにおいて、溶存無機炭素のC14の測定が行われました。

Reidar Nydal、Knut Lovsethは1962年~1993年にかけて北半球、南半球で大気中のC14濃度を測定しました。