この泥は科学者の過去の研究方法に革命をもたらすかもしれない

日本の湖のシルト質の底から採取された放射性炭素の新たな測定結果は、自然史学者にとってここ数十年で最も役立つツールの 1 つとなる可能性がある。この新たな記録により、考古学者はネアンデルタール人の絶滅の正確な時期を突き止めることができる。あるいは人類学者は、人類がヨーロッパに広がった正確な時期を特定できる。あるいは気象学者は、最終氷河期について、またどのような気候条件が氷河の後退をもたらしたかについて、より深く理解できるだろう。

言い換えれば、科学者たちがほぼ20年にわたって入手と研究に取り組んできた、ほとんど撹乱を受けていない水月湖のコアサンプルは、地球の過去5万年を理解するための最良のツールの1つを改良するものだ。「その能力がなければ、人類学、考古学、古気候学などの分野は、私たちが知っている形では存在しなかったと言っても過言ではない」と、本日論文を発表したサイエンス誌の上級編集者ジェシー・スミス氏は述べた。

その理由を理解するには、放射性炭素年代測定の仕組みを理解することが役立ちます。

放射性炭素年代測定では、炭素 14 として知られる炭素の放射性同位体の予測可能で不変の崩壊を使用します。これは、宇宙線の存在下で大気中に形成され、窒素をこの不安定な炭素に分解します。しかし、生命に関する限り、これは単なる炭素の増加であり、つまり植物に固定されていることを意味します。これらの植物を食べる動物の体内にも C-14 があります。

C-14 の半減期は 5,730 年で、約 40 年の誤差があります。この既知の崩壊率を使用して、科学者は、安定した同族である C-12 と比較して、遺物に残っている C-14 の量を決定することで、遺物の古さを計算できます。これは、考古学的な遺跡にある有機物、たとえば人間の遺体や木製の工芸品などの年代を決定するために使用できます。この技術は、1949 年にエンリコ フェルミによって提案され、発明されて以来使用されています。

問題は、宇宙線と大気そのものが変わりやすく、予測できないことだ。つまり、大気中の C-14 の量が変わるため、植物や動物に取り込まれる量も変わる。この炭素記録を較正するには、放射性炭素データを、たとえば樹木の年輪や湖底の堆積物など、年代がわかっているものと照合する必要がある。

「特定のサンプルのストップウォッチをどこから開始するかを知るためには、過去に大気中の C-14 含有量がどのように変化したかを知る必要があります」とスミス氏は記者団に語った。この新しい湖底コアはまさにそれを実現する。

これまで、最も古い較正サンプルは12,593年前の樹木の年輪から採取されたものである。堆積物のサンプルは52,800年前のものである。

1万2000年以上前のものになると、年代を正確に特定するのは非常に難しくなると、論文の筆頭著者でオックスフォード大学教授のクリストファー・ブロンク・ラムゼイ氏は説明する。これは主に、最終氷河期の終焉後に起きた大きな気候変動によるものだ。科学者たちは、海洋記録や洞窟堆積物から採取したサンプルをウラン測定値と照合できるが、大気中のC-14濃度は示さない。

数カ国のチームが参加したこの新しい論文では、毎年の藻類の層を含むコアサンプルを研究している。これらの珪藻は毎年湖底を覆い、その上に堆積層が続く。下の写真のように、肉眼で見えるほど鮮明である。

科学者らによると、湖は非常に静かで底は無酸素状態にあるため、非常に安定しているという。湖は氷河に覆われたことがなかったため、最終氷期でも湖周辺の木々から葉が落ちていた。これらの葉の化石の残骸は、研究チームが炭素年代を精査するのに役立った。

ニューカッスル大学の教授、中川武氏は記者会見で記者団に対し、1993年に初めてこの湖の堆積物のサンプル採取に関わったと語った。そのコアサンプルからの最初の科学論文は1998年に発表された。しかし、1993年のコアは連続したサンプルではなく、異なる層の間に隙間があったため、他の較正技術と同様に、年がどのように一致するかが正確には不明であり、不完全な記録となっていた。中川氏は英国の自然環境研究会議から資金援助を受けた後、2006年に別のコアを採取した。それは完全に連続しており、層が重なり合っており、52,800年前のものである。

いくつかのケースでは、層が非常に薄く、肉眼で識別することは不可能であったため、中川氏はドイツと英国の科学者に協力を求めた。研究チームは、オックスフォードにある粒子加速器とスウェーデンの物理学者が手作りしたコアスキャナーを使用してサンプルを調べた。研究チームは、蛍光X線を使用して、コア内の化学物質のスペクトル特性とその構成の変化を特定したと、英国アベリストウィスのウェールズ大学のヘンリー・ラム教授は説明した。研究チームは、雪解け水、火山灰などによって堆積した季節的な層を特定することができた。40メートルを超えるコアをスキャンするのに数か月かかったとラム教授は語った。

「私はいつも学生たちに、気候変動、考古学、人類の進化の研究には年表が極めて重要だと話しています。今では、水月が信頼できる年表を提供していると学生たちに伝えることができます」とラム氏は語った。

この記録は考古学をひっくり返すものではない。物体の測定年代に数千年単位の修正は行われないだろう。しかし、数百年という大きな変動は確かに起こり得る。こうした変化は、例えば気候に対する人間の反応を研究する際に重要になる可能性があるとブロンク・ラムゼイ氏は言う。「より正確に調整された時間スケールによって、これまで解決できなかった考古学の疑問に答えることができるようになるだろう。」