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化石の年代を測る手法
地層の順序から大まかに推し量る
化石の年代を特定する方法の一つとして、地層の深さを目安にする方法がある。
下記のイラストを御覧ください。
基本的に、地中深い地層のほうが、より古い年代であることが多いです。
火山灰などが降り積もり堆積物が蓄積すると、古い層は下に埋もれていきます。そのため、一般的には、最下層が最も古く、最上層が最も若いです。ただし、別の地層が貫入したり、造山運動により、層序が入れ替わることも有りえますので、あくまで目安です。
絶対的な年代を知る
地層の層序では、相対的な年代を知ることしかできません。
絶対的な年代を知るには、化石やその周辺の岩石の中にある放射性元素の量を測定します。
これを放射年代測定と言います。
カリウムーアルゴン法を例に説明します。
１９５５年に登場した手法で、マグマに含まれている放射性元素、カリウム４０を計測します。
マグマには、カリウムが一定割合で存在します。そのうちわずか０．０１％は放射性同位体のカリウム４０です。
マグマである間にはその割合は変化しませんが、マグマが固まり、岩石になると、いわば新陳代謝が止まり、割合に変化が起こり始めます。
カリウム４０はおよそ１３億年で放射性崩壊を起こし半分になり、カルシウム４０とアルゴン４０に変化します。
つまり、マグマが固まり岩石になると、カリウム４０は徐々に減少しはじめ、その代わりカルシウム４０とアルゴン４０が増え始めます。
この変化量を測定すれば、マグマが岩石になってから、現在までにどのくらいの時間が経過したか分かる、というわけです。
もっと短い年代を正確に測定するには？
カリウム４０を利用した年代測定法は、半減期が１３億年と非常に長いので、何億年というオーダーの年代測定には向いていますが、考古学のような、数千年という比較的短いオーダーの測定には向いていません。
その場合、炭素１４年代測定法を用いることが多いです。
そもそも空気中の炭素には安定的な炭素１２に加え、炭素１４という放射性同位体元素がわずかに存在します。われわれ動植物は常に一定割合の炭素１４を体の中に含んでいて、炭素１２と炭素１４の割合は一定です。
ところが、遺骸となると新陳代謝が止まり、新たに炭素１２および１４の取り込みが行われなくなります。そうすると、放射性元素である炭素１４だけが徐々に減少していくため、この炭素１４の割合を測定すれば、その動植物が活動を停止してから、どのくらいの年数が経過したのか推定できる、というわけです。
この炭素１４の半減期は５７３０年なので、考古学資料など比較的短い期間の測定に有効に使われます。
生きている時の炭素１４の量を仮に１００としたとき、遺骸となって５７３０年後には、その半分、５０になります。
さらに、その５７３０年後、つまり、１１４６０年後には、その半分２５になります。
ある考古学試料の炭素１４を測定したところ、平均的な値の１／４以下になっていれば、およそ１万年以上経過していると推定できるというわけです。
１／１０２４以下になっていたとしたら、５７３００年（５７３０年の１０回分）が経過していることになりますが、量があまりにも少ないので、正確な年代を見積もることが難しくなります。
したがって、炭素１４年代測定法では、遺骸となって１０万年以上経過している生物の化石については、用いることができません。
