中塚 武 (2021) 酸素同位体比 年輪年代法

  • 中塚 武, 2021: 酸素同位体比 年輪年代法 — 先史・古代の暦年と天候を編む。同成社, 219 pp. ISBN 978-4-88621-867-4.

2021年6月の新刊。A5判横書きのペーパーバック。内容は中塚さんが中心となった地球研 (総合地球環境学研究所) プロジェクトの成果の本『気候変動から読みなおす日本史』、とくにその第2巻 [読書メモ]とかさなるところもあるのだが、本書はとくに年代決定にねらいをしぼり、おもに考古学者や遺跡調査企画者にむけて書かれたものである。

年輪年代学 dendrochronology と年輪気候学 dendroclimatology は 目的が区別されているが、一連のものとしてとりくまれることがおおい。年輪による年代決定の原理は、同じとみなせる環境 (気候など) の影響を受けた木どうしで 年輪の年々変動パタンが対比できることだからだ。相互対比をくみあわせて、信頼できる標準時系列 (「master chronology」という) ができれば、あとはあらたなサンプルと標準時系列との対比によって効率よくすすめることができる。

従来の年輪年代学・年輪気候学は、年輪幅あるいは密度(体積あたりの質量) の計測にもとづいていた。本書の著者は、年輪にふくまれるセルロースの酸素同位体比 (および水素同位体比) にもとづいた年輪年代学・年輪気候学を推進し、master chronology 構築途上にある。(中部・近畿のヒノキについては2600年ほどの標準時系列ができた … 図44, 7章1節。) そして、著者は、この方法は (同位体分析を外注するようにすれば) わりあい安く実行可能だといい、おおぜいの人にすすめようとしている。

酸素同位体比年輪年代法が可能になった背景として、従来の年輪年代法がある。とくに日本では、奈良文化財研究所の 光谷 拓実 氏が中心となって、年輪幅による master chronology をつくっていた。ただし、それを遺跡出土品への適用はしたが、自然科学的知見として記述することも、日本語圏の外に知らせることも、していない (その余裕がなかったのだろう) [注]。それで、国外には知られておらず、国内でも信頼しない人もいる。それは残念なことだと著者は考えている。

【[注] 光谷さんは日本第四紀学会の1994年大会の年代決定についてのシンポジウムの講演者のひとりだった。そのシンポジウムをもとにした『第四紀研究』の特集号が1995年に出たのだが、そこに光谷さんの報告はなかった。『岩波講座 地球惑星科学』の『気候変動論』の第四紀の章の原稿を書いていたわたしは参考文献のあてがはずれた。奈良文化財研究所の「学報」として1990年に『年輪に歴史を読む』という本のようなものが出ていたのを知って、それをあげることはできたのだが。】

著者は海底堆積物による有機地球化学をやっていた。質量分析計という方法のほうから適した対象として年輪に注目するようになった。(ここまで第1章)。

第2章は年代決定の基本、そしてその中での酸素同位体比による方法の位置づけ。

第3章は酸素同位体比の変動のしくみ。
葉内水の同位体比は、大気中水蒸気の同位体比と、葉と大気の水蒸気交換の際の同位体分別とによる。前者は降水量、後者は相対湿度を反映する。いずれにしても植物の成長期の気候の乾湿を反映する。
材の同位体比は、葉内水と幹にある水の混合にもよる。それが樹齢による。(第7章第2節の考察によれば、樹齢よりもむしろ成長速度によるらしい。) 樹齢効果は気候復元推定にとっては要注意な要因だが、年代決定にはあまりさしつかえない。

第4章はサンプル採取から酸素同位体比の測定までの仕事のながれ。(「付篇」にさらに具体的な記述がある。) 板の形をたもったままセルロースだけにする方法を開発したことと、熱分解してすぐ測定をすれば密封を必要としないことによって、能率よくしごとができる。

第5章は、酸素同位体比測定を中にふくむ出土材の年代決定の仕事のながれ。年輪の認定が基本だが、そのまちがいを完全にふせぐことはできない。多めに認定して、master chronologyとの対比やサンプル間の対比でしぼっていくのがよい。

第6章は実際の遺跡の年代決定に応用した事例集。

第7章第1節は master chronology の整備状況。そして第5節はその将来展望。縄文期は埋没木、弥生期は人工物があるが、そのさかいめの時期のサンプルを得るのがむずかしい。

第2節は樹齢効果のこと。樹齢効果は酸素と水素が逆向きであり、気候効果は両者が同じ向きなので、樹齢効果と気候効果を分離できる。木曽ヒノキについての調査結果から、樹齢効果といわれたものはむしろ成長速度の効果であることがわかってきた。

第3節は気候復元推定の要点。酸素同位体比は、中部日本では、6-7月の相対湿度や降水量と負相関、気温とは正相関がある。

第4節は気候と歴史についての著者の考えの簡単な紹介。人間社会は気候の変動のうちとくに数十年周期の変動の影響をうけるという考えが強調されている。

第8章第1節は時間分解能を1年よりもこまかくするこころみ。可能なばあいは年層を6分割して測定している。酸素と水素をくみあわせれば気候の季節変化自体を推定できるかもしれない。

第2節は気候と社会の関係のモデリング、とくに農業生産、備蓄、人口、消費からなるモデル (中塚 2021 歴博研究報告 印刷中とのこと) の紹介。

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。

== 目次 ==
まえがき — 本書の三つの目的
目次
第1章 酸素同位体年輪年代法の背景
– 1. 先史・古代史の新しい研究方法
– – 酸素同位体比年輪年代法とは
– – 酸素同位体比年輪年代法の利点
– – 世界最先端の状況
– 2. 日本の考古学の特徴
– – 土器型式に基づく精緻な年代観
– – 絶対年代、暦年代との関係の希薄さ
– – 海外の研究や自然科学との連携の難しさ
– – 土器編年と年輪年代の併用の重要性
– 3. 日本の年輪年代学の特徴
– – 弥生時代早期まで及ぶクロノロジー
– – 標準年輪曲線の構築と利用、公開
– – 日本の年輪研究の中心は木材解剖学
– – 絡み合った問題を解く必要性
– 4. 異分野からの年輪年代学への参入
– – 同位体地球化学からの新技術の導入
– – 新しい技術がもたらしたもの
第2章 考古学における年代決定と酸素同位体比
– 1. 相対年代
– – 相対年代の仕組み
– – 相対年代の可能性
– – 相対年代の問題点
– 2. 絶対年代
– – 多様な絶対年代の存在
– – 放射性炭素年代法の原理
– – 較正曲線と 14C ウィグルマッチング法
– 3. 年輪年代法
– – 年輪年代法の原理
– – 年輪年代法の有効性
– – 年輪年代法の限界と課題 — 樹種と年輪数
– 4. 酸素同位体比の年輪年代法への導入
– – 酸素同位体比とは何か
– – 酸素同位体比の優位性
– – 酸素同位体比年輪年代法の特徴と課題
第3章 年輪セルロース酸素同位体比の変動メカニズム
– 1. セルロース酸素同位体比の特長
– – なぜセルロースを測るのか
– – 酸素・水素・炭素同位体法の比較
– – 気象データと酸素同位体比の関係性
– 2. 変動のメカニズム (1) — 気候変動
– – 年輪の原料が作られる場としての葉
– – 葉内水の酸素同位体比のモデル
– – 降水の酸素同位体比と相対湿度
– – 葉内水の酸素同位体比の観測
– – 気象データとの関係を規定するメカニズム
– – なぜ炭素同位体比ではダメなのか
– 3. 変動のメカニズム (2) — 樹齢効果
– – グルコースから年輪セルロースまで
– – 年輪は樹幹の形成層で作られる
– – セルロース生成過程での酸素原子の交換
– – 樹齢効果が存在する可能性
– 4. 酸素同位体比の応用に向けた課題
– – 年輪酸素同位体比決定の二つの目的
– – 樹種間の違いはあるか — 実践的な検証
– – 個体間の違いはあるか — 季節変動の測定
– – 樹齢効果に対するスタンス
– – 迅速なデータ取得の必要性
第4章 年輪セルロース酸素同位体比の測定法
– 1. 有機物の同位体比を測定するには
– – 同位体比の測定は超高精度
– – 同位体比質量分析計の原理
– – 有機物の酸素をガス化する難しさ
– 2. 熱分解元素分析法の登場
– – 熱分解という方式の問題点
– – 非密封という発想の転換
– – 世界中で一気に研究が始まる
– 3. セルロース抽出という障壁
– – 効率の悪かったセルロース抽出
– – プール法という世界標準の方法
– – 必須条件としての技術革新
– 4. 「板ごとセルロース抽出法」の登場
– – セルロース均質化へのこだわり
– – 抽出と分割の順序の反転
– – 「板ごとセルロース抽出法」の開発
– – 圧倒的な分析速度と精度の確保
– – 日本が世界で突出する契機に
– 5. 遺跡出土材の特殊性と新たな挑戦
– – 長期間埋没していた木材の状況
– – 初期の頃の出土材への応用事例
– – 劣化を防ぐ木材の保存法
– – 劣化材からの新しいセルロース抽出法
– – 板ごと抽出は劣化出土材に不可欠な方法
– – 出土材の板ごとセルロース抽出の手順
第5章 酸素同位体比を使った出土材の年輪年代決定
– 1. 年輪の認定がすべての基本
– – 一番大事なのは年輪の数
– – 樹種ごとに全く違う年輪の形状
– – 意外と難しい年輪の認定
– – 間違えずに年輪認定するには
– 2. マスタークロノロジーとの対比による年代決定
– – マスタークロノロジーとは?
– – スライド相関解析
– – 年輪年代決定の検定
– – 一致年代が見つからないときの対処
– 3. 酸素同位体比年輪年代法の検証
– – 土器編年との比較
– – 年輪年代法との比較
– – 14C ウィグルマッチング法との比較
– 4. すべての一連の流れ — 採取・保存・分析・解析
– – すべてのフローチャート
– – 出土材の発見から保存まで
– – 薄板のスライスから年輪の切り分けまで
– – 試料の梱包から同位体比の測定まで
– – スライド相関解析による年代決定まで
第6章 酸素同位体比を使った遺跡の年代決定
– 1. 広葉樹でも測れる — 新潟県青田遺跡など
– – 日本の樹木の種類は極めて多い
– – 遺跡出土材の大部分は広葉樹
– – 広葉樹材の年輪年代決定に初めて成功!
– – 多賀城跡の木柵にも応用
– 2. 小さな杭や板でも測れる — 奈良県茅原中ノ坊遺跡など
– – 年輪数の少ない小径材の重要性
– – 同時代性が期待できる多数の資料群
– – 大量に保管されていた遺跡出土材
– – 樹種の違いを越えた年輪年代の相互検証
– 3. 低コストでたくさん測れる — 大阪府池島・福万寺遺跡など
– – 実は非常に安い測定コスト
– – 大量の出土材の年代から何がわかるか
– – 奇跡的に保管されていた大量の杭材
– – 弥生時代の水田技術と気候変動
– 4. 文献史料と対比できる — 奈良県平城宮跡など
– – 普遍的な年単位での年代決定
– – 有名な歴史の事象に対応した出土材
– – 文献記録との年単位での一致
– 5. 自然木でも測れる — 奈良県中西遺跡など
– – 考古遺物としての自然木
– – 火山噴火年代の決定
– – 洪水発生年代の決定
第7章 マスタークロノロジーの拡充で広がる可能性
– 1. クロノロジーの延伸・拡充の状況
– – 過去5000年前まで伸びた日本各地のクロノロジー
– – 日本各地の遺跡年代決定の成功事例
– – 韓国・中国など海外への進出
– – 現地クロノロジー形成の重要性
– – 東アジア広域データベースの構築へ
– 2. 長期樹齢効果の歴史的背景
– – 長期気候復元のための課題
– – 顕著な個体ごとの樹齢効果
– – 背景にある成長環境の変遷
– 3. 中部日本における長期気候変動の復元
– – 酸素と水素の統合による樹齢効果の克服
– – 東アジアの夏季気候変動に対応
– – あらゆる時間スケールの変動を切れ目なく復元
– 4. 最新データが示す新しい気候観と歴史観
– – 約 1200年周期での乾湿・寒暖の変化
– – 数十年周期変動への着目
– – 数十年周期変動の意味
– 5. マスタークロノロジーのさらなる拡充の必要性
– – 年代決定と気候復元の高精度化
– – さまざまな関連分野への波及効果
– – データの延伸と追加に向けた課題
第8章 酸素同位体年輪年代法の未来
– 1. 年層内変動解析への挑戦
– – あらゆる出土材の年代決定を目指して
– – 酸素同位体比の情報は無限大!?
– – 年層6分割という戦略
– – 年層内変動の課題と可能性
– – 気候復元と年代決定の両面での進展
– – 人間活動の定量的な評価へ
– 2. 気候と社会の関係のモデリング
– – もう一つの定量的な研究方法
– – 近世における気候変動と農業生産
– – 生産と備蓄、人口と消費のモデル
– – 弥生~古墳時代の人口変化シミュレーション
– – 考古資料や文献史料との比較
– – 歴史研究の新しい手法として
付篇 木材からの年輪セルロース試料の作成手順 (出土材の場合)
– – 1) 1 mm 厚の薄板の作成
– – 2) 1 mm 厚の薄板をテフロンパンチシートに挟む
– – 3) 漂白 (リグニンの分解)
– – 4) 漂白用の反応溶液の脱塩素化と硫酸の中和
– – 5) アルカリ処理 (ヘミセルロースとリグニン分解物の除去)
– – 6) 純水と弱塩酸による洗浄
– – 7) 試料の乾燥と年輪の切り分け、梱包、測定まで
– – 8) 考古材に含まれる “錆” を取り除くための処理
引用文献
あとがき — コロナ禍と歴史研究

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