放射年代測定
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概要
放射年代測定は2種類の方法に大分される。特定の放射性核種の崩壊を利用する方法と、自然放射線による固体物質内の損傷を利用する方法である。
特定の放射性核種の崩壊を利用する方法
- カリウム - アルゴン法[1]
- アルゴン - アルゴン法[2]
- ウラン - 鉛法 (U-Pb)
- ルビジウム - ストロンチウム法 (Rb-Sr)
- ヘリウム-ヘリウム法 (He-He)
- ヨウ素-キセノン法 (I-Xe)
- ランタン-バリウム法 (La-Ba)
- 鉛-鉛法 (Pb-Pb)
- ルテチウム-ハフニウム法 (Lu-Hf)
- ネオン-ネオン法 (Ne-Ne)
- レニウム-オスミニウム法 (Re-Os)
- サマリウム-ネオジム法 (Sm-Nd)
- ウラン-鉛-ヘリウム法 (U-Pb-He)
- ウラン-トリウム法 (U-Th)
- ウラン-ウラン法 (U-U)
- ヨウ素129法 - ウランの放射壊変や宇宙線等、自然から供給される半減期1,570万年であるヨウ素129とヨウ素127の存在度比を利用する。
- 炭素14法（放射性炭素年代測定） - 半減期約5,730年の炭素14を使用する。地層の中から産出した貝殻、埋れ木、木炭、泥炭などの有機物を対象として測定され、年代の特定には他の手法を併用した総合的な分析が行われる。±50年くらいの精度である。
上記の方法では、対象とする核種が移動しなくなった時点が年代の出発点となる。たとえば、炭素14法では、生物が死んで外界と物質交換を行わなくなった時点である。それ以外の多くの方法では、鉱物が結晶化した時点である。ただし、火成岩・変成岩がゆっくり冷えた場合などは、結晶化後も拡散等による元素移動があるので、ある程度冷却が進んだ時点に相当する。ある温度で元素移動がなくなったとみなすことができる場合、その温度を閉鎖温度という。
一般に、N0 : 出発時点での放射性元素の個数、N : 出発時点から時間 t 後の核の残数、T : 半減期 としたとき、
自然放射線による固体物質内の損傷を利用する方法
- フィッショントラック法（FT法）
- 熱ルミネッセンス法（TL法）
- 電子スピン共鳴法（ESR法）
放射線による損傷は、熱によって回復することが知られている。したがって、これらの方法における年代の出発点は、特定の温度（リセット温度という）よりも冷えた時点、または固体化・結晶化した時点となる。
比較
| 年代測定法 | 測定する核種 | 半減期 | 適用可能な年代 | 測定試料 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| 熱ルミネセンス法 | - | 数十万年以下 | 土器、焼石などの考古学試料、火山灰などの火山噴出物、深海性堆積物など | 格子欠陥をもつ結晶の加熱発光を利用する年代測定法[3] | |
| 電子スピン共鳴吸収（ESR）法 | - | 107〜106年 | 骨などのリン酸塩試料、鍾乳石、貝殻などの炭酸塩試料、火山岩、火山灰などの火山噴出物、断層の粘土鉱物など | 格子欠陥をもつ結晶のESR（電子スピン共鳴）信号を利用[3] | |
| フィッショントラック法 | 238U | 0.82〜1.01×1016年 | 108〜104年 | 火山ガラス、黒曜石などのガラス質物質、ジルコン、雲母、燐灰石、スフェーンなどの鉱物 | 238Uの自発破砕反応の際に生じる飛跡を利用 |
| ルビジウム - ストロンチウム法 | 87Rb-87Sr | 4.88×1010年 | 1012〜108年 | 火成岩、変成岩、隕石、月の岩石など[3] | |
| カリウム - アルゴン法 | 40K-40Ar | 1.25×109年 | 109〜105年 | 火山岩、黒曜石、テクタイト、隕石など[3] | |
| アルゴン - アルゴン法 | 40Ar-39Ar | K-Ar法の補完的役割。試料に中性子照射して生成する39Arを40Kの代わりに測定[3] | |||
| ランタン-セリウム法 | 138La-138Ce | 3.1×1011年 | 109〜108年 | 火成岩、変成岩[3] | |
| ランタン-バリウム法 | 138La-138Ba | 1.6×1011年 | 109〜108年 | 褐簾石、モナザイト、緑簾石など[3] | |
| ルテチウム-ハフニウム法 | 176Lu-176Hf | 3.57×1010年 | 109年 | 火成岩、変成岩、隕石、月の岩石など[3] | |
| ウラン-トリウム-鉛法 | 238U-206Pb 235U-207Pb 232Th-208Pb | 4.47×109年 7.04×108年 1.40×1010年 | 1011〜107年 1011〜107年 1011〜107年 | 火成岩、石灰岩などの堆積岩、方鉛鉱、瀝青ウラン鉱、隕石、月の岩石など[3] | |
| 鉛-鉛法 | 207Pb-206Pb | 109〜5×108年 | 207Pbと206Pbの存在比で決定[3] | ||
| サマリウム-ネオジム法 | 147Sm-143Nd | 1.06×1011年 | 109〜108年 | 火成岩（超塩基性岩、塩基性岩）、変成岩、鉱床生成物、隕石、月の岩石など[3] | |
| ヨウ素-キセノン法 | 129Ⅰ-129Xe | 1.6×107年 | 1010〜109年 | 隕石 | 隕石の生成年代の決定に利用[3] |
| 炭素14法 | 14C | 5.73×103年 | 数万年以下 | 生物の遺骸、文化財、地下水・海水などに溶存する有機物など | |
| ベリリウム10法 | 10Be | 1.6×106年 | 106〜103年 | 堆積物の堆積年代、アルミニウムやベリリウムの含有量の少ない岩石や鉱物など | |
| トリチウム法 | 3H | 12.33年 | 数十年以下 | 地下水など | |
| プロトアクチニウム-トリウム法 | 231Paと230Th | 3.25×104年 | 106〜104年 | 海底堆積物[3] | |
| ウラン-ウラン法 | 234U | 2.47×105年 | 106〜104年 | 海底堆積物、サンゴ、雪、地下水など[3] | |
| 鉛210法 | 210Pb | 22.3年 | 数百年以下 | 雪氷 | |
| ヨウ素129法 | 129Iと127I | 1.57×107年 | ヨウ素129とヨウ素127の存在度比を利用 |