【地球と生命の進化】14Cとは何ですか?

14Cとは何ですか?

問題文に出てくる14Cとは何ですか?後ろのp15の説明を読んでも、放射性同位体?とかよくわかりませんでした。できるだけわかりやすく教えてください。

進研ゼミからの回答!

こんにちは。 さっそく質問に回答しますね。

【質問の確認】

【問題】
地層中から発見されたある木片中の 14C の割合が,大気中の1/8になっていた。この木片の木が枯れたのは何年前か。ただし,14C の半減期を5700 年とし,大気中の 14C の割合は一定であるとする。

【解答】
17100 年前

【解説】
炭素は通常 12C であるが,14C という放射性同位体(中性子が12C より2個多く不安定なため放射性崩壊する)が,大気中に CO2 という形で一定の割合で含まれている。植物は呼吸や光合成により大気とCのやりとりをしているので,生きている間は大気中と同じ割合で 14C を含んでいるが,植物が枯れると植物中の 14C は放射性崩壊して一定の割合で減少していく。半減期の5700年経過すると半分,さらに5700年経過するとさらに半分 になる。になるにはさらに5700年かかる ので,この木片の放射年代 放射性年代 は,5700 年× 3 = 17100 年である。

この問題に登場する「14C」が何か,というご質問ですね。ご質問の内容と合わせて,この問題ももう一度ご説明しましょう。

【解説】

物質を構成する基本粒子を原子といいます。
原子は陽子と中性子からなる原子核とそれをとりまく電子から構成されています。

原子では,陽子の数と電子の数は等しく,この値を「原子番号」といいます。
この原子番号によって元素が決まります。
原子番号6が炭素Cです。

陽子の数と中性子の数を足した数を「質量数」といいます。
陽子と中性子の質量はほぼ等しく,電子の質量は小さく無視できます。
質量数は元素記号の左上に示します。つまり,「14C」は,質量数14の炭素のことです。「たんそじゅうよん」のように読みます。

原子番号は同じで,質量数が異なる原子を互いに「同位体」といいます。
同位体は原子核内の陽子の数は同じですが,中性子の数が異なります。
炭素原子のほとんどは 12C で質量数が12の炭素ですが,14C のように中性子が 12C より2個多く質量数が14の炭素も存在します。
14C は原子核が不安定で,放射線を出して一定の速さで別の原子核に変化(放射性崩壊)し安定な窒素 14N になろうとします。
このような同位体を「放射性同位体」といいます。

生きている植物は,大気とCのやりとりをしているので,大気中と同じ割合で 14C を含んでいます。
植物が枯れて土中に埋まると大気とのやりとりがなくなりますから,14C の放射性崩壊によって 14C の割合が減っていきます。
原子核の崩壊によって,放射性同位体の数が半分に減少するのに必要な期間を「半減期」といいます。
半減期はそれぞれの放射性同位体ごとに一定です。
14C の半減期は比較的短いため,動植物の遺体の年代測定など比較的新しい年代の測定に利用されます。

ここで,遺体となった時点の大気中の 14C の割合()がわからないと,そこからどれくらい減少したのかわかりません。
この問題では,「大気中の 14C の割合は一定である」という前提条件が示されているので,現在の大気中の 14C の割合と枯れた時点の大気中の 14C の割合は同じであると考えてよいことになります。

放射性同位体の半減期 放射性同位体の半減期

半減期分の時間がたつと,数が半分に減るので,放射性同位体は上の図のように減少します。
この問題で,「木片中の 14C の割合」は大気中の1/8です。
上に書いたように,これは枯れた時点の14Cの割合の1/8になっているということです。
14C は 12C に比べて,存在量が非常に少ないので,14C のC全体に占める割合が1/8になったということは,14C の数が枯れた時点の1/8になったと考えて差し支えありません。
14C の半減期は5700年ですから,半減期何回分たったのかを上のグラフをヒントに考え,この問題にもう一度取り組んでみましょう。

【アドバイス】

放射性同位体や半減期などの用語の意味を正しく理解し,放射性同位体を利用して岩石や地層の年代を求める問題が解けるようになっておきましょう。
これからも,「進研ゼミ高校講座」にしっかりと取り組んでいってくださいね。

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