2013年7月25日木曜日

5_113 炭素14年代 2:炭素の役割

 生物の体は、炭素が重要な成分となっています。その炭素の由来をたどると、植物にいきつき、更に遡ると大気中の二酸化炭素にたどり着きます。そこで放射性核種である炭素14が、重要な意味をもってきます。

 年代測定には、大きく分けて2つの方法がありました。その一つは、ある放射性核種が常に一定量、形成され、それが時計の役割を果たす場合でした。例として炭素14があることを紹介しました。この方法の利点は、ひとつの試料から年代を決めることができます。年代測定をするために、いくつかの条件を満たさなければなりませんが。
 今回は、炭素14について見ていきます。
 炭素は、原子番号6(陽子の数が6個)の元素で、質量数の違い、つまり中性子の数の違いによって、炭素12、炭素13、炭素14の3つの同位体があります。そのうち大半は炭素12(炭素の全核種の98.9%)が占め、炭素13は(1.1%)を占めます。
 存在量の数値を見るとわかりますが、炭素12と13を合わせると100%になってしまいます。ですから、炭素14は非常に少ないとわかります。その比率(存在度といいます)は、0.00000000012%(0.0000012ppm=1.2×10^-10)と非常に少ないものとなります。
 炭素同位体のうち、炭素12と炭素13は安定している核種で、炭素14だけが放射性を持っています。炭素14の半減期は約5730年ですので、数万年前までの年代測定に利用されています。
 炭素14による年代測定は、つねに一定の炭素14比があり、その比からスタートすることが原理となります。ではそもそも、炭素14の比がなぜ一定になっているのでしょうか。
 炭素は、生物の体を構成する主要な元素です。炭素は、動物なら外部から食料として取り入れ、植物なら大気の二酸化炭素を用いて光合成をして体内成分とします。分解者である微生物も、他の生物の体を利用しています。
 生物の炭素14の比率は、生きている生物では一定であることがわかっています。炭素14が放射性をもっているにもかかわらず、一定になっています。これは、不思議なことです。
 その原因は解明されています。
 まず、放射性の炭素14の半減期が長いことです。生物内の炭素のやり取りは数ヶ月とか1年、長くても100年以下の期間です。その期間と比べると、5730年という半減期は充分長いものだといえます。
 炭素の循環にも原因があります。動物の食料が草食動物だとします。その草食動物は植物を食べることで体を形作ります。一方、微生物の分解物である生物のも、炭素の由来をただせば、植物にたどり着きます。ですから、植物が常に炭素14比を一定にする役割を担っているのです。植物の炭素14は、利用している大気中の二酸化炭素の比率になります。つまり、生物の炭素14比が一定であるのは、大気中の炭素14比が一定だからです。
 炭素14は、大気中で常に形成されています。大気の上空(対流圏上部から成層圏)で宇宙線に由来する中性子が、窒素(14N)にぶつかり、炭素14と水素ができます。その量はほぼ一定して、年間7.5kgほどだとされています。できた炭素14は、すぐに酸素と結合して二酸化炭素になります。ですから、炭素14の比率としてみると、ほぼ一定の値とみなせるようになっています。

・爽快・
本州は熱い日が続いているようですが、
北海道は快適な日々が続いています。
乾燥した快晴の日は、特に最高です。
日が当たるところは暑いですが、
風が吹いたり、日陰に入ると涼しくなり、
ホット一息つけます。
夜は涼しいので、
夕方になると窓を閉めなけれならない日が
ほとんどです。
これでこそ北海道です。
この素晴らしい夏があるから
冬の寒さ、雪に耐え忍べるのです。

・校務・
大学の講義もあと少しです。
来週は定期試験期間になります。
今年は、校務の担当が代わったので、
毎週のように出張、休日の校務、
夕方からの校務などが次々とあるので、
肉体的にもですが精神的にも疲れ、
息を抜く余裕ができません。
夏休みは少し楽になるのですが、
お盆明けには、集中講義、出張校務が
次々と入ってきます。
その隙間をぬって野外調査もする必要があります。
まあ、愚痴をいっても仕事が減るわけでありません。
集中して最短時間で校務をおこない、
自分のすべきことにさける時間を
増やすしかないのでしょう。