放射性炭素年代測定のソースを表示

[[ファイル:1 MV accelerator mass spectrometer.jpg|サムネイル|[[ローレンス・リバモア国立研究所]]の加速器質量分析計]]
'''放射性炭素年代測定'''（ほうしゃせいたんそねんだいそくてい、{{Lang-en-short|radiocarbon dating}}）とは、[[炭素の同位体|炭素]]の[[放射性同位体]]の一つである[[炭素14|{{Chem|14|C}}]]の性質を利用して[[有機物]]を含む物体の[[年代測定]]を行う手法である。1940年代の後半に[[シカゴ大学]]の[[ウィラード・リビー]]によって[[研究開発]]され、それによってリビーは1960年の[[ノーベル化学賞]]を受賞した。日本語では'''炭素14法'''<ref name=kotobank1>{{Cite web|和書|url=https://kotobank.jp/word/%E7%82%AD%E7%B4%A014%E6%B3%95-850940|website=コトバンク|work=百科事典マイペディア、世界大百科事典 第2版|accessdate=2022-12-20|title=炭素14法とは}}</ref>、'''炭素年代測定法'''<ref name=kotobank2>{{Cite web|和書|url=https://kotobank.jp/word/%E7%82%AD%E7%B4%A0%E5%B9%B4%E4%BB%A3%E6%B8%AC%E5%AE%9A%E6%B3%95-564375|website=コトバンク|work=デジタル大辞泉、日本大百科全書(ニッポニカ)|accessdate=2022-12-20|title=炭素年代測定法とは}}</ref>、'''C14法'''<ref name=kotobank3>{{Cite web|和書|url=https://kotobank.jp/word/C14%E6%B3%95-515887|website=コトバンク|work=デジタル大辞泉|accessdate=2022-12-20|title=C14法とは}}</ref>、'''C14年代測定法'''<ref name=kotobank4>{{Cite web|和書|url=https://kotobank.jp/word/C14%E5%B9%B4%E4%BB%A3%E6%B8%AC%E5%AE%9A%E6%B3%95-515886|website=コトバンク|work=デジタル大辞泉|accessdate=2022-12-20|title=C14年代測定法とは}}</ref>とも言われる。

地球大気中に豊富に存在する[[窒素]]（[[窒素14|{{chem|14|N}}]]）に[[宇宙線]]が作用することで{{Chem|14|C}}が恒常的に作られていることを利用した方法である。発生した{{Chem|14|C}}は大気中の[[酸素]]と結合して放射性[[二酸化炭素]]となり、[[光合成]]によって植物に取り込まれ、さらに植物を食べた動物に取り込まれる。個々の{{Chem|14|C}}はやがて[[放射能|放射性崩壊]]を起こして別の核種に変わるが、外部からの供給が続けば体内の{{Chem|14|C}}量はある平衡値に落ち着くことになる。しかしそれらの動物や植物が死ぬと、環境との炭素交換が止まるため{{Chem|14|C}}は減る一方となる。すなわち、木切れや骨片など生体に由来する試料に含まれる{{Chem|14|C}}の量を測定すれば、元となった生物がいつ死んだかを知ることができる。{{Chem|14|C}}の[[半減期]]（ある核種について存在量の半数が崩壊するのにかかる時間）は約5730年であり、試料が古いほど検出すべき{{Chem|14|C}}の量は低下していくので、信頼性のある年代測定が行えるのは最大で約5万年前までに限られる。ただし特殊な試料調製法によってそれより古い年代を測定できる場合もある。 

大気中での{{Chem|14|C}}の存在比は生体内{{Chem|14|C}}の量を決定づけるため、その値の変化を過去5000年にわたって調べる研究が1960年代から現在まで続いている。それを元にして較正曲線が作られ、試料の放射性炭素残存量から年代への換算を行う際に用いられている。ほかにも有機体の種類（{{仮リンク|同位体分別|en|Isotope fractionation|label=分別効果}}）や生息域（{{仮リンク|海洋リザーバー効果|en|Marine reservoir effect|label=リザーバー効果}}）の違いで{{Chem|14|C}}の存在比が異なることを考慮した較正も必要である。また、[[石炭]]や[[石油]]のような[[化石燃料]]の人為的利用も問題を複雑にしている。生体物質が化石燃料に変わるには長い時間がかかり、その間に元々含まれていた{{Chem|14|C}}は検出不可能なレベルに減少する。化石燃料の燃焼によって放出される二酸化炭素には{{Chem|14|C}}がほとんど含まれないことになる。このため大気中の{{Chem|14|C}}存在比は19世紀末から顕著に低下し始めた。その逆に、1950年代から60年代にかけて行われた地上[[核実験]]は大気中の{{Chem|14|C}}を増加させた。この効果がピークを迎えた1965年ごろには{{Chem|14|C}}量が核実験以前の2倍近くに上った。

当初、放射性炭素量の測定は試料中で{{Chem|14|C}}が崩壊するときに発生する[[ベータ線]]をベータ線計数器で検出することで行われていた。近年ではより上位の手法として{{仮リンク|加速器質量分析|en|Accelerator mass spectrometry}}(AMS) がある。AMSでは測定中に崩壊を起こした数ではなく{{Chem|14|C}}の全数をカウントしているため、微小な試料（植物種子など）の分析が可能で、はるかに短い時間で結果が得られる。

放射性炭素年代測定の発展は[[考古学]]に甚大な影響を与えた。[[遺跡]]の年代決定が従来の方法より正確に行えるようになったのに加え、距離的に隔絶した出来事の年代を比較することも可能になった。考古学史でその影響はよく「放射性炭素革命」といわれる。[[ヤンガードリアス|最終氷期]]の終結や、地域ごとの[[新石器時代]]・[[青銅器時代]]の始まりなど、有史以前の重大な移行が起きた年代が放射性炭素年代測定によって決定されてきた。

== 歴史 ==
1939年、[[ローレンス・バークレー国立研究所|バークレー放射線研究所]]の{{仮リンク|マーティン・ケイメン|en|Martin Kamen}} と{{仮リンク|サム・ルーベン|en|Sam Ruben}}は、有機物質に豊富に含まれる[[元素]]の同位体であって生物学・医学研究で利用・応用できるほど半減期が長いものを探す研究を開始した。二人は同研究所の[[サイクロトロン|サイクロトロン加速器]]によって{{Chem|14|C}}を生成し、その半減期が当時考えられていたよりはるかに長いことを見出した{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=268}}。続いて[[フィラデルフィア]]の{{仮リンク|フランクリン研究所|en|Franklin Institute}}に所属していたサージ・A・コルフ<!-- Serge A. Korff 、ロシア系米国移民だがファーストネームは英語風に表記した。 -->が高層大気中で{{Chem|14|N}}と[[中性子線|熱中性子]]の反応により{{Chem|14|C}}が生成すると予想した<!--{{Efn2|コルフの論文では「遅い中性子{{翻訳|slow neutron}}」と表現されていた。この言葉はコルフの時代から現在までの間に意味が限定され、ある特定の範囲に収まるエネルギーを持つ中性子を特に指すようになった。「熱中性子{{翻訳|thermal neutron}}」はそれとは別の範囲のエネルギーを持つ中性子を指す<ref name=Korff_1949>{{cite journal|last1=Korff|first1=S.A. |year=1940|title=On the contribution to the ionization at sea-level produced by the neutrons in the cosmic radiation|journal=Journal of the Franklin Institute |volume=230|issue=6|pages=777–779|doi=10.1016/s0016-0032(40)90838-9|bibcode=1940TeMAE..45..133K }}</ref>。}} 出典不明瞭のためコメントアウト-->{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=269}}<ref name="acs">{{Cite web |url=https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/radiocarbon-dating.html |title=Radiocarbon Dating – American Chemical Society |website=American Chemical Society |access-date=2016-10-09}}</ref>。それまで{{Chem|14|C}}は[[重水素]]と{{Chem|13|C}}の反応によって生成する可能性が高いと考えられていた{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=268}}。バークレーに籍を置いていた[[ウィラード・リビー]]は第二次世界大戦中のどこかの時点でコルフの研究を知り、放射性炭素を用いて年代測定が行えるというアイディアを持った{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=269}}<ref name="acs" />。

リビーは1945年に[[シカゴ大学]]へ移って放射性炭素年代測定の研究開発を始めた。1946年には生体物質に非放射性の炭素だけでなく放射性の{{Chem|14|C}}が含まれている可能性を指摘する論文を発表した{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}<ref>{{Cite journal|last=Libby|first=W.F.|year=1946|title=Atmospheric helium three and radiocarbon from cosmic radiation|journal=Physical Review|volume=69|issue=11–12|pages=671–672|bibcode=1946PhRv...69..671L|DOI=10.1103/PhysRev.69.671.2}}</ref>。リビーは共同研究者とともに実験に着手し、ボルチモアの下水処理場から採取した[[メタン]]試料に{{仮リンク|同位体濃縮|en|Isotope enrichment}}を行うことで{{Chem|14|C}}の存在を実証した。対照的に石油を原料とするメタンからは年代が古いため放射性炭素は確認されなかった。この結果をまとめた論文は1947年に『[[サイエンス]]』誌に掲載された。リビーらはその中で、有機物由来の炭素を含む物体の年代測定が可能であることが示唆されたと主張した{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}<ref name="Anderson_1947">{{Cite journal|last=Anderson|first=E.C.|last2=Libby|first2=W.F.|last3=Weinhouse|first3=S.|last4=Reid|first4=A.F.|last5=Kirshenbaum|first5=A.D.|last6=Grosse|first6=A.V.|year=1947|title=Radiocarbon from cosmic radiation|journal=Science|volume=105|issue=2765|pages=576–577|bibcode=1947Sci...105..576A|DOI=10.1126/science.105.2735.576|PMID=17746224}}</ref>。

リビーと{{仮リンク|ジェームズ・R・アーノルド|en|James R. Arnold}}は放射性炭素年代測定のアイディアを検証するために年代が判明している試料の分析を始めた。例として、エジプト王[[ジェセル]]と[[スネフェル]]の墳墓から出土した紀元前2625±75年と同定されている二つの試料に放射性炭素年代測定を行ったところ、平均で紀元前2800±250年という結果が得られた。この結果は1949年12月に『サイエンス』誌に掲載された<ref name="libby49">{{Cite journal|last=Arnold|first=J.R.|last2=Libby|first2=W.F.|year=1949|title=Age determinations by radiocarbon content: checks with samples of known age|url=http://hbar.phys.msu.ru/gorm/fomenko/libby.htm|journal=Science|volume=110|issue=2869|pages=678–680|bibcode=1949Sci...110..678A|DOI=10.1126/science.110.2869.678|JSTOR=1677049|PMID=15407879}}</ref>{{sfn|Aitken|1990|pp=60–61}}{{Efn2|リビーが用いたオリジナルの試料の一部は再測定され、リビーとおおむね良く一致する結果が得られた。結果は2018年に公刊された<ref name=LJ_2018>{{cite journal|last1=Jull|first1=A.J.T.|last2=Pearson|first2=C.L.|last3=Taylor|first3=R.E.|last4=Southon|first4= J.R. |last5=Santos |first5=G.M. |last6=Kohl |first6=C.P. |last7=Hajdas |first7=I. |last8=Molnar |first8=M. |last9=Baisan |first9=C. |last10=Lange |first10=T.E. |last11=Cruz |first11=R. |last12=Janovics |first12=R. |last13=Major |first13= I.|year=2018|title=Radiocarbon dating and intercomparison of some early historical radiocarbon samples|journal=Radiocarbon |volume=60|issue=2|pages=535–548|doi=10.1017/RDC.2018.18|s2cid=134723966}}</ref>。}}。それから11年のうちに放射性炭素年代を研究開発するグループが世界中に20か所以上現れた<ref>{{Cite web |url=http://www.c14dating.com/int.html |title=The method |website=www.c14dating.com |access-date=2016-10-09}}</ref>。リビーはこの研究開発によって1960年に[[ノーベル化学賞]]を受賞した{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。

{{Chem|14|C}}を発見した2名は当時は評価されなかった。ルーベンは[[1943年]]に実験時の[[ホスゲン]]による事故で死亡し、カーメンは[[マンハッタン計画]]に参加中にソ連のスパイとの疑惑をかけられて追放されたためである。カーメンは[[1955年]]に無実を証明して剥奪されていたパスポートを回復し、{{Chem|14|C}}発見後の[[光合成]]の研究なども評価されて[[1989年]]に[[アルベルト・アインシュタイン世界科学賞]]、[[1995年]]には[[エンリコ・フェルミ賞]]を受賞した。

== 背景 ==
=== 物理的・化学的背景 ===
{{Main|炭素14}}
[[炭素]]の[[同位体]]は自然界に3種類存在する。そのうち二つ、[[炭素12]] ({{Chem|12|C}}) と[[炭素13]] ({{Chem|13|C}}) は安定で放射性を持たない。放射性の[[炭素14]] ({{Chem|14|C}}) は「放射性炭素」とも呼ばれる。{{Chem|14|C}}の[[半減期]]（最初にあった{{Chem|14|C}}の半数が[[放射能|崩壊]]するのにかかる時間）はおよそ5730年であるため、大気中の{{Chem|14|C}}存在比は数千年の時間スケールで減少していくように思われるが、実際は[[成層圏|成層圏下部]]および[[対流圏|対流圏上部]]において{{Chem|14|C}}が恒常的に生み出されている。主に[[銀河宇宙線]]の作用によるもので、一部は太陽宇宙線の作用による{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}<ref name="Russel">{{Cite book|url=http://theses.gla.ac.uk/2941/1/2011russellphd.pdf|title=Marine radiocarbon reservoir effects (MRE) in archaeology: temporal and spatial changes through the Holocene within the UK coastal environment (PhD thesis)|last=Russell|first=Nicola|publisher=University of Glasgow|year=2011|location=Glasgow, Scotland UK|pages=16|access-date=11 December 2017}}</ref>。宇宙線は大気を通過する途中で[[中性子]]を生み出し、[[窒素の同位体|窒素14]] ({{Chem|14|N}}) 原子が中性子と衝突すると{{Chem|14|C}}に変換される{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。これが{{Chem|14|C}}生成経路の中心である。[[原子核反応|核反応]]式で表すと以下のようになる。

: n + {{Nuclide|nitrogen|14}} → {{Nuclide|carbon|14}} + p

ここでnは[[中性子]]を、pは[[陽子]]を表す{{sfn|Bianchi|Canuel|2011|p=35}}<ref name="LJ_2001">{{Cite journal|last=Lal|first=D.|last2=Jull|first2=A.J.T.|year=2001|title=In-situ cosmogenic {{chem|14|C}}: production and examples of its unique applications in studies of terrestrial and extraterrestrial processes|journal=Radiocarbon|volume=43|issue=2B|pages=731–742|DOI=10.1017/S0033822200041394}}</ref>{{Efn2|地表の下で宇宙線が窒素や酸素と相互作用することでも{{chem|14|C}}が作られる。状況によってはこの{{chem|14|C}}が大気に移動することがある（例として、積雪の表面近くで生成した気体は雪を透過する）。しかしこの経路は{{chem|14|C}}の生成量の0.1%以下にすぎないと見積もられている<ref name=LJ_2001/>。}}。

生成した{{Chem|14|C}}はすぐに大気中の[[酸素]]原子 (O) と結合して[[一酸化炭素]] ({{Chem|C|O}}) となり<ref name="LJ_2001">{{Cite journal|last=Lal|first=D.|last2=Jull|first2=A.J.T.|year=2001|title=In-situ cosmogenic {{chem|14|C}}: production and examples of its unique applications in studies of terrestrial and extraterrestrial processes|journal=Radiocarbon|volume=43|issue=2B|pages=731–742|DOI=10.1017/S0033822200041394}}</ref>、最終的に[[二酸化炭素]] ({{Chem|CO|2}}) となる<ref name="Alves2018">{{Cite journal|last=Queiroz-Alves|first=Eduardo|last2=Macario|first2=Kita|last3=Ascough|first3=Philippa|last4=Bronk Ramsey|first4=Christopher|year=2018|title=The worldwide marine radiocarbon reservoir effect: Definitions, mechanisms and prospects|url=https://doi.org/10.1002/2017RG000588|journal=Reviews of Geophysics|volume=56|issue=1|pages=278-305|bibcode=2018RvGeo..56..278A|DOI=10.1002/2017RG000588}}</ref>。

: {{Chem|14|C}} + {{Chem|O|2}} → {{Chem|14|C|O}} + O

: {{Chem|14|C|O}} + OH → {{Chem|14|C|O|2}} + H

こうして発生した二酸化炭素は大気を拡散していき、海水に溶けたり、[[光合成]]によって植物に取り込まれる。その植物を動物が摂取し、最終的に[[生物圏]]の全体に放射性炭素が行き渡る。{{Chem|12|C}}に対する{{Chem|14|C}}の存在比はおよそ {{math|1.25 : 10<sup>12</sup>}} である{{sfn|Tsipenyuk|1997|p=343}}。そのほか、安定同位体{{Chem|13|C}}は全炭素の約1%を占める{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。

{{Chem|14|C}}の放射性崩壊は以下の式で表される<ref name="Currie_2004">{{Cite journal|last=Currie|first=Lloyd A.|year=2004|title=The remarkable metrological history of radiocarbon dating II|journal=Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology|volume=109|issue=2|pages=185–217|DOI=10.6028/jres.109.013|PMID=27366605|PMC=4853109}}</ref>。

: {{Nuclide|carbon|14}} → {{Nuclide|nitrogen|14}} + {{粒子の記号|e}} + {{粒子の記号|反νe}} 

ベータ粒子（[[電子]]、{{粒子の記号|e}}）および[[ニュートリノ|反電子ニュートリノ]]（{{粒子の記号|反νe}}）を放出することで{{Chem|14|C}}原子核の中性子の一つが陽子に変換し、非放射性の安定同位体である{{Chem|14|N}}に戻る{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=33}}。

=== 原理 ===
動植物は生きている間、[[呼吸]]や摂食を通じた炭素交換によって環境との平衡を保っている。したがって、陸生の場合は大気と同じ割合、海生の場合は海水と同じ割合の{{Chem|14|C}}を持つことになる。動植物が死ぬと{{Chem|14|C}}の供給は止まるが、死んだ時点で生体物質に含まれていた{{Chem|14|C}}は崩壊を続けるので、死骸の中で{{Chem|12|C}}に対する{{Chem|14|C}}の存在比は徐々に減っていく。{{Chem|14|C}}の崩壊速度は分かっているので、その存在比を通じて試料が炭素交換を止めてからの時間を求めることができる{{sfn|Tsipenyuk|1997|p=343}}。

放射性同位体の崩壊は一般に以下の式に従う{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。

: <math> N = N_0 \, e^{-\lambda t}\, </math>

{{Math|''N''<sub>0</sub>}} は試料が {{Math|1=''t'' = 0}}（元となった有機体が死んだ時刻）の時点で持っていたその同位体種の原子数、{{Mvar|N}} は時刻 {{Mvar|t}} における残存原子数を意味する{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。[[崩壊定数]] {{Mvar|&lambda;}} は同位体種によって決まる定数で、[[平均寿命]]（ある原子が放射性崩壊を起こすまでにかかる時間の期待値）の[[逆数]]に等しい{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。{{Chem|14|C}}の平均寿命8267年（ {{Mvar|&tau;}} で表される）{{Efn2|1952年には{{chem|14|C}}の半減期（平均寿命は半減期から決まる）は5568±30年だと考えられていた{{sfn|Libby|1965|p=42}}。平均寿命 {{mvar|&tau;}} と半減期 {{math|''t''{{sub|{{Sfrac||1|2}}}}}} は以下の式で換算される{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。
:<math>t_{\frac{1}{2}} = 0.693 \cdot \tau</math>
これによると、1952年当時に信じられていた平均寿命は8034年である。}}を上式に適用すると以下が得られる{{sfn|Aitken|1990|p=59}}。

: <math> t = \ln(N_0/N) \cdot 8267 \text{years} </math>

試料の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比は最初大気と等しかったと仮定する。試料の量は既知なので試料中の全炭素原子数は算出でき、それらから試料の初期{{Chem|14|C}}原子数 {{Math|''N''<sub>0</sub>}} が求められる。あとは現在の{{Chem|14|C}}原子数 {{Mvar|N}} を測定すれば上式を用いて試料年代 {{Mvar|t}} を計算することができる{{sfn|Tsipenyuk|1997|p=343}}。

上式は平均寿命で表されているが、放射性同位体種に関しては平均寿命より半減期（ {{Math|''t''<sub>1/2</sub>}} と書かれることが多い）の概念の方がよく知られているため、{{Chem|14|C}}についても平均寿命より半減期の値が言及されることが多い。現在{{Chem|14|C}}の半減期として認められている値は 5700±30 年である<ref name=Nubase2020>{{cite journal|last=Kondev|first=F. G.|last2=Wang|first2=M.|last3=Huang|first3=W. J.|last4=Naimi|first4=S.|last5=Audi|first5=G.|year=2021|title=The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties|journal=Chinese Physics C|volume=45|issue=3|page=0.00011|doi=10.1088/1674-1137/abddae|url=https://www-nds.iaea.org/amdc/ame2020/NUBASE2020.pdf}}</ref>。すなわち、5700年が経過すると最初にあった{{Chem|14|C}}のうち半数しか生き残っておらず、11400年後には1/4、17100年後には1/8になる。以降も同様である。

上記の計算ではいくつかの仮定を置いている。大気の{{Chem|14|C}}レベルが時間的に変化しないというのはその一つである{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。実際には大気の{{Chem|14|C}}レベルは過去に大きく変動しているため、上式から得られた値は別のソースからのデータを用いて較正する必要がある{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}。後述するように、試料中{{Chem|14|C}}の測定値から年代推定値に換算するための較正曲線が存在する。換算の過程で「放射性炭素年代{{翻訳|{{lang-en-short|radiocarbon age}}}}」という値が出てくるが、これは較正曲線を適用せずに大気中{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が不変だという仮定に依拠している値を意味する{{sfn|Aitken|1990|pp=92–95}}{{sfn|Bowman|1995|p=42}}。

放射性炭素年代の算出には{{Chem|14|C}}の半減期の値も必要である。リビーが1949年に書いた論文ではエンゲルケマイヤーらによる5720±47年の値が使われていた<ref>{{Cite journal|last=Engelkemeir|first=Antoinette G.|last2=Hamill|first2=W.H.|last3=Inghram|first3=Mark G.|last4=Libby|first4=W.F.|date=1949|title=The Half-Life of Radiocarbon (C<sup>14</sup>)|journal=Physical Review|volume=75|issue=12|pages=1825|bibcode=1949PhRv...75.1825E|DOI=10.1103/PhysRev.75.1825}}</ref>。これは現在の値に非常に近かったが、その後まもなく5568±30年に訂正され<ref name="Johnson">{{Cite journal|last=Frederick Johnson|year=1951|title=Introduction|journal=Memoirs of the Society for American Archaeology|issue=8|pages=1–19|JSTOR=25146610}}</ref>、その値が10年以上にわたって標準的に使われた。しかし1960年代の始めに5730±40年に再訂正された<ref name="Godwin">{{Cite journal|last=H. Godwin|year=1962|title=Half-life of Radiocarbon|journal=Nature|volume=195|issue=4845|pages=984|bibcode=1962Natur.195..984G|DOI=10.1038/195984a0}}</ref><ref name="Plicht">{{Cite journal|last=J.van der Plicht and A.Hogg|year=2006|title=A note on reporting radiocarbon|url=http://www.ees.nmt.edu/outside/courses/hyd558/downloads/Set_9-10_Carbon-14/van_der_Plicht2006.pdf|journal=Quaternary Geochronology|volume=1|issue=4|pages=237–240|accessdate=9 December 2017|DOI=10.1016/j.quageo.2006.07.001}}</ref>。それ以前に公刊された多くの論文の年代は誤っていたことになる（半減期の誤差はおよそ3％）{{Efn2|リビーが用いた値の中には1950年代初期に報告された二つの実験値（約6090年および5900±250年）は含まれていない{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=287}}。}}。それら初期の論文との整合性を保つため、英国[[ケンブリッジ大学]]で開催された1962年の放射性炭素会議において「リビーの半減期」として5568年の値を使う合意がなされた。現在でも放射性炭素年代はこの半減期を使って計算されており、「慣用放射性炭素年代」とも言われる。IntCalと呼ばれる標準的な較正曲線はこの慣用年代に対応しているため、慣用年代をIntCal曲線で較正すれば正確な暦年代が得られる。大気中{{Chem|14|C}}存在比の時間的変動と、{{Chem|14|C}}半減期のずれという二つの誤差要因により、未較正の放射性炭素年代は[[暦年代]]の最良推定値と大きく異なっている場合があるため注意が必要である{{sfn|Aitken|1990|pp=92–95}}{{sfn|Bowman|1995|p=42}}<ref name="INTCAL13">{{Cite journal|last=Reimer|first=Paula J.|last2=Bard|first2=Edouard|last3=Bayliss|first3=Alex|last4=Beck|first4=J. Warren|last5=Blackwell|first5=Paul G.|last6=Ramsey|first6=Christopher Bronk|last7=Buck|first7=Caitlin E.|last8=Cheng|first8=Hai|last9=Edwards|first9=R. Lawrence|date=2013|title=IntCal13 and Marine13 Radiocarbon Age Calibration Curves 0–50,000 Years cal BP|journal=Radiocarbon|volume=55|issue=4|pages=1869–1887|DOI=10.2458/azu_js_rc.55.16947|ISSN=0033-8222}}</ref>{{Efn2|「radiocarbon age{{翻訳|放射性炭素年代}}」のほか「conventional radiocarbon age{{翻訳|慣用放射性炭素年代}}」という言葉も使われる。放射性炭素年代の定義は以下の通りである。(a) 現在一般に認められている実際の半減期5730年ではなく、リビーの半減期5568年を用いる。(b) 1950年における放射性炭素の放射性はNISTが提供するHOxII標準試料によって定義する。(c) BP（before present, {{翻訳|現在から~年前}}）表記で年代を数えるとき、1950年現在を基準とする。(d) 標準的な同位体比に基づいて同位体分別の補正を行う。(e) {{chem|14|C}}/{{chem|12|C}}比は時間的に変動しないと仮定する{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=26–27}}。}}。

=== 炭素リザーバー ===
[[ファイル: Carbon exchange reservoir 2 Japanese.svg|右|320px |サムネイル|炭素リザーバーの模式図。それぞれのリザーバーが持つ炭素の割合と{{Chem|14|C}}の移動様式を示している{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}{{Efn2|リザーバー各部のパーセンテージは1990年代半ばに見積もられた炭素量から計算されている。工業化以前の時代の炭素分布の見積もり量は大きく異なっている{{sfn|Post|2001|pp128–129}}。}}。]]

炭素は[[大気圏]]、[[生物圏]]、海洋にわたって存在している。これらは炭素リザーバーと総称され{{sfn|Aitken|2003|p=506}}、個々の要素も炭素リザーバーと呼ばれる。炭素の貯蔵量や宇宙線によって生成した{{Chem|14|C}}の拡散が完了するまでの時間はリザーバーごとに異なっている。リザーバー内の{{Chem|12|C}}対{{Chem|14|C}}の存在比はその影響を受けるため、そこから採取された試料の放射性炭素年代にも影響がある{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。{{Chem|14|C}}が作られる場所である大気圏には全炭素の1.9%が貯蔵されており、大気圏内での{{Chem|14|C}}の拡散は7年以下で完了する{{sfn|Warneck|2000|p=690}}。大気圏の同位体存在比はほかのリザーバーに対する基準となる。あるリザーバーで{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が大気圏よりも低いなら、炭素の年代が古く一部の{{Chem|14|C}}が壊変してしまったか、あるいは大気圏以外から炭素を供給されていることを意味する{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}。海洋表層はそのようなリザーバーの一例で、全炭素の2.4%を貯蔵しているが、{{Chem|14|C}}の量は大気圏の存在比と等しかった場合の95%でしかない{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。大気圏の炭素が海洋表層に溶け込むには数年しかかからないが{{sfn|Ferronsky|Polyakov|2012|p=372}}、海洋表層は海洋リザーバーの炭素貯蔵量の90%にあたる海洋深層とも水を交換している{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}。深層海水はおよそ1000年かけて循環して表層に戻ってくる。そのため表層では、{{Chem|14|C}}が減少した古い水と、大気圏の{{Chem|14|C}}と平衡状態にある表層水とが混じり合っていることになる{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}。

海洋表層で生活する生物は周囲の海水と等しい{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}を持つため、体内の{{Chem|14|C}}は大気に比べると少ない。その影響で、現生の海洋生物であっても放射性炭素年代を測定すると400年に近い値になる{{sfn|Bowman|1995|pp=24–27}}{{sfn|Cronin|2010|p=35}}。一方で陸生生物の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比は大気圏と等しい{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}{{Efn2|海洋生物の見かけの年代が400年になるのは[[同位体分別]]の較正を行った後のことである。その後の較正で海洋用の較正曲線を用いればこの効果は補正される。同様に、本文で書かれている陸生生物の{{chem|14|C}}/{{chem|12|C}}比は同位体分別の較正後の値である。}}。これらの生命体は全体で炭素の1.3%を貯蔵している。海洋生物は総重量にして陸生生物の1%以下でしかないため上の図には示されていない<!-- 参考文献欄のリンクから読める出典書籍にはこの記述が見つからない。また、その書籍に載っているリザーバーの図は細部の数値が上の図と一致していない。この齟齬は版の違いに由来するものかもしれない。英語版原文の著者が参考にしたのはBowman 1995（第2版）だが、参考文献欄のリンクは同じ書籍の第1版（1990年）である。-->。死んだ動植物に由来する有機物は炭素貯蔵量が生物圏の3倍に近い。それらは環境と炭素の交換を行わないので{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比は生物圏より小さくなっている{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。

== 年代測定に影響する要因 ==
{{Main|:en:Radiocarbon dating considerations}}
炭素リザーバーごとに{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が異なる以上、試料が保有する{{Chem|14|C}}の量だけを考えて年代を計算しても不正確な結果しか得られない。ほかにも検討すべき誤差要因はいくつか存在するが、それらは大きく4種類に分けられる。

* 大気中{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比の地域的・時間的な変動
* {{仮リンク|同位体分別|en|Isotope fractionation}}
* リザーバーごとの{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比の変動
* [[コンタミネーション]]（試料汚染）

=== 大気中{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比の変動 ===
[[ファイル:Hemispheric_14C_graphs_1950s_to_2010.png|サムネイル|北半球（青）と南半球（赤）の大気{{Chem|14|C}}。核実験以前のレベルからの超過分をパーセンテージで示している。1963年10月10日に[[部分的核実験禁止条約]]が発効した<ref name="Hua_etal"/>。]]
放射性炭素年代測定が行われ始めた当初から、この手法が数千年間にわたって大気中{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が不変だったという前提に頼っていることは理解されていた。その妥当性を確かめるため、ほかの手段によって年代が確定している考古遺物を用いた検証実験が行われたが、結果は十分に一致していた。しかしやがて、最初期エジプト王朝に関する既知の年代と、エジプトの考古遺物の放射性炭素年代との齟齬が目立ち始めた。既存の年代学と新しい放射性炭素年代分析のどちらも正確だという保証はないものの、{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が時間と共に変化しているという第三の可能性も考えられた。この問題は[[年輪年代学|年輪の研究]]によって解決された{{sfn|Bowman|1995|pp=16–20}}{{sfn|Suess|1970|p=303}}{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=50–52}}。年代が重なり合う複数の年輪試料から取った{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比のデータ列をつなげて8000年間にわたる連続的な年輪データが構築された{{sfn|Bowman|1995|pp=16–20}}（その後、年輪データ列は13900年間にまで拡張された）<ref name="INTCAL13">{{Cite journal|last=Reimer|first=Paula J.|last2=Bard|first2=Edouard|last3=Bayliss|first3=Alex|last4=Beck|first4=J. Warren|last5=Blackwell|first5=Paul G.|last6=Ramsey|first6=Christopher Bronk|last7=Buck|first7=Caitlin E.|last8=Cheng|first8=Hai|last9=Edwards|first9=R. Lawrence|date=2013|title=IntCal13 and Marine13 Radiocarbon Age Calibration Curves 0–50,000 Years cal BP|journal=Radiocarbon|volume=55|issue=4|pages=1869–1887|DOI=10.2458/azu_js_rc.55.16947|ISSN=0033-8222}}</ref>。1960年代に[[ハンズ・スース]]は年輪データを用いて放射性炭素分析による年代データがエジプト学者の与えた年代と一致することを実証した。この方法は、トウモロコシのような[[一年生植物|一年生草]]が単純にその年の大気中{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比を反映するのに対し、樹木は最外層の年輪にしか炭素を取り込まないという事実を利用している。それぞれの年輪は形成された年の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比を記録していることになるので、年代が分かっている年輪試料の {{Mvar|N}}（試料中に残存する{{Chem|14|C}}原子数）を測定し、放射性炭素年代測定の方程式を用いて {{Math|''N''<sub>0</sub>}}（年輪が形成された時点での{{Chem|14|C}}原子数）を計算すれば、各年における大気中{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が分かる{{sfn|Bowman|1995|pp=16–20}}{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=50–52}}。これらの年輪データを基にして、大気中{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比の時間変動に由来する誤差を補正するための較正曲線が構築された{{sfn|Bowman|1995|pp=43–49}}。較正曲線については[[放射性炭素年代測定#較正|以下]]で詳しく扱う。

19世紀には石炭と石油が大量に燃焼されるようになった。それらは検出可能な量の{{Chem|14|C}}を含まないほど年代が古いため、放出された{{Chem|CO|2}}は大気中の{{Chem|14|C}}を大幅に希釈することになった。このため20世紀初頭の物体を測定すると見かけの年代が実際より古くなる。同じ理由で大都市の近くでは{{Chem|14|C}}濃度が大気の平均よりも低下する。この化石燃料効果（1955年に初めて指摘したハンズ・スースにちなんでスース効果とも）は、仮に化石燃料由来の炭素がリザーバー全域に均等に分配されたとすれば{{Chem|14|C}}の[[比放射能]]<!-- 原文の activity の意味が不明瞭。出典そのものは確認できなかったが、化石燃料効果（スース効果）とはthe specific activity of atmospheric C-14の減少だと書いている文献がいくつかあったのでこう訳した。 -->を0.2%減少させるにすぎないが、大気から深海に炭素が混合するには長い時間がかかるため、実際の減少は3%に上っている{{sfn|Bowman|1995|pp=16–20}}{{sfn|Aitken|1990|pp=71–72}}。

大気に多数の中性子を放出して{{Chem|14|C}}を生成する[[核実験|地上核実験]]は化石燃料よりはるかに大きな影響を生み出した。1950年ごろから[[大気圏内核実験]]が禁止された1963年までの間に生成された{{Chem|14|C}}は数[[トン]]に上ると見積もられている。この{{Chem|14|C}}が炭素リザーバー全体に均等に分配されたとすれば{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比の増加は数%にとどまったはずだが、実際には短期的に大気中の{{Chem|14|C}}を倍増させる効果があった。北半球では1964年が、南半球では1966年がこの効果のピークだった。その後、「{{仮リンク|ボム・パルス|en|Bomb pulse}}」と呼ばれた核実験起源の炭素がリザーバーに溶け込んでいくにつれて{{Chem|14|C}}レベルは低下していった<ref name=Hua_etal>{{Cite journal|last1=Hua|first1=Quan|last2=Barbetti|first2=Mike|last3=Rakowski|first3=Andrzej Z.|date=2013|title=Atmospheric Radiocarbon for the Period 1950–2010|journal=Radiocarbon|volume=55|issue=4|pages=2059–2072|doi=10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177|issn=0033-8222|doi-access=free}}</ref>{{sfn|Bowman|1995|pp=16–20}}{{sfn|Aitken|1990|pp=71–72}}<ref name=PTBT>{{cite web|url=https://2009-2017.state.gov/t/isn/4797.htm|title=Treaty Banning Nuclear Weapon Tests in the Atmosphere, in Outer Space and Under Water|publisher=US Department of State|access-date=2 February 2015}}</ref>。

=== 同位体分別 ===
大気から生物圏に炭素が取り込まれるプロセスでもっとも主要なものは[[光合成]]である。光合成経路において{{Chem|12|C}}は{{Chem|13|C}}よりわずかに吸収されやすく、{{Chem|14|C}}は逆に吸収されにくい。3種の炭素同位体の摂取率が異なることで、植物中の{{Chem|13|C}}/{{Chem|12|C}}比や{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比の値は大気とずれる。この効果は[[同位体分別]]として知られている{{sfn|Bowman|1995|pp=20–23}}{{sfn|Maslin|Swann|2006|p=246}}。

植物試料の分別の度合いは試料中の同位体存在比{{Chem|13|C}}/{{Chem|12|C}}をPDBと呼ばれる標準値と比較することで評価される{{Efn2|「PDB」は "Pee Dee Belemnite" の省略形で、米国[[サウスカロライナ州]]の{{仮リンク|ピーディー層|en|Peedee Formation}}で採取された[[ベレムナイト]]化石を意味している{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=125}}。}}。{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比ではなく{{Chem|13|C}}/{{Chem|12|C}}比が使われるのは、後者の方が測定しやすく、そこから前者を導出することも容易なためである。同位体分別による存在比の減少は同位体の質量差に比例するため、{{Chem|14|C}}の減少は{{Chem|13|C}}の減少の2倍となる{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}。{{Chem|13|C}}の分別の度合いは{{仮リンク|δ13C|en|δ13C|label={{math|δ<sup>13</sup>C}}}}と呼ばれており、以下のように求められる{{sfn|Bowman|1995|pp=20–23}}。

: <math chem="">\delta \ce{^{13}C} = \left( \frac{\left( \frac{\ce{^{13}C}}{\ce{^{12}C}} \right)_{\text{sample}}}{\left( \frac{\ce{^{13}C}}{\ce{^{12}C}} \right)_{\text{PDB}}} - 1 \right) \times 1000</math> ‰

‰記号は[[Parts-per表記|千分率]]を表す{{sfn|Bowman|1995|pp=20–23}}。PDB標準は通常より{{Chem|13|C}}の比率が高いため{{Efn2| PDB値は11.2372‰である{{sfn|Dass|2007|p=276}}。}}、{{Math|δ<sup>13</sup>C}}の測定値は多くの場合負となる。

[[ファイル:NR_sheep.jpg|左|220px |サムネイル|[[ノース・ロナルドセー島]]の浜辺にいる{{仮リンク|ノース・ロナルドセー (羊)|en|North Ronaldsay sheep|label=島の名と同じ品種名のヒツジ}}の群れ。これらのヒツジは冬季になると草より{{Math|δ<sup>13</sup>C}}が高い海藻を餌にする。{{Math|δ<sup>13</sup>C}}はおよそ−13‰になり、これは草を食べるヒツジよりはるかに高い値である{{sfn|Bowman|1995|pp=20–23}}。]]
{| class="wikitable" style="font-size: 10pt; margin-left: 2em; text-align: center; float: right"
!試料
!典型的な {{Math|δ<sup>13</sup>C}} の範囲
|-
|PDB
|0‰
|-
|海洋プランクトン
|−22‰ – −17‰{{sfn|Maslin|Swann|2006|p=246}}
|-
|[[C3型光合成|C3植物]]
|−30‰ – −22‰{{sfn|Maslin|Swann|2006|p=246}}
|-
|[[C4植物]]
|−15‰ – −9‰{{sfn|Maslin|Swann|2006|p=246}}
|-
|大気{{Chem|CO|2}}
|−8‰{{sfn|Bowman|1995|pp=20–23}}
|-
|海洋{{Chem|CO|2}}
|−32‰ – −13‰{{sfn|Maslin|Swann|2006|p=246}}
|}
[[海洋生物]]の光合成反応はあまり詳しく分かっていないが、海洋光合成有機体の{{Math|δ<sup>13</sup>C}}値は温度に依存する。高温では{{Chem|CO|2}}の水への溶解度が低下し、光合成反応に必要な{{Chem|CO|2}}が減ることになる。この条件の下では分別が抑制されるため、温度が14°C以上になるとそれに応じて{{Math|δ<sup>13</sup>C}}値も高くなる。低温では{{Chem|CO|2}}の溶解度が上昇して生物にとって利用可能な量が増える{{sfn|Maslin|Swann|2006|p=246}}。動物の{{Math|δ<sup>13</sup>C}}は食餌の影響を受け、{{Math|δ<sup>13</sup>C}}値が高い食品を食べる動物はそうではない動物より{{Math|δ<sup>13</sup>C}}が高くなる{{sfn|Bowman|1995|pp=20–23}}。動物自身の生化学プロセスからの影響もある。たとえば骨塩と骨コラーゲンはどちらも一般に食餌よりも{{Chem|13|C}} 濃度が高い（ただし生化学的な理由は異なる）。骨に{{Chem|13|C}}が濃縮するということは、排泄物の{{Chem|13|C}}は摂取した食餌より低いということでもある{{sfn|Schoeninger|2010|p=446}}。

{{Chem|13|C}}は試料中の炭素の約1%を占めるため、{{Chem|13|C}}/{{Chem|12|C}}比は[[質量分析法]]によって正確に測定することができる{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}。{{Math|δ<sup>13</sup>C}}の典型値は多くの植物や骨コラーゲンなど動物の各部位について実験的に求められているが、試料の年代測定を行うときは文献値ではなくその試料から直接{{Math|δ<sup>13</sup>C}}値を測定するべきである{{sfn|Bowman|1995|pp=20–23}}。

大気中の{{Chem|14|C}}は{{Chem|12|C}}よりも海水に溶け込みやすいため、大気中の{{Chem|CO|2}}と海洋表面の炭酸塩の間の炭素交換でも分別は起きる。その結果、海洋全体で{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が大気と比べて1.5%上昇することになる。この{{Chem|14|C}}濃度の増加は放射性炭素年代を若い方におよそ400年ずらす。しかしこのずれは、海水の湧昇による{{Chem|14|C}}の減少（深水に含まれる炭素は年代が古いため{{Chem|14|C}}が少ない）とほぼ打ち消し合うので、{{Chem|14|C}}放射性を直接測定して得られる値は他の生物圏とあまり変わらない。しかし生物圏の異なる場所どうしを比較するには同位体分別の補正が欠かせない。補正を行うと表層海水の年代は見かけ上400年となる{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}{{sfn|Cronin|2010|p=35}}{{sfn|Bowman|1995|p=21}}。

=== リザーバー効果 ===
リビーが最初に発表した炭素交換リザーバー仮説では{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が世界中どこでも一定だと仮定していたが{{sfn|Libby|1965|p=6}}、その後リザーバー間の差異を作り出す要因がいくつか見つかっている{{sfn|Bowman|1995|pp=24–27}}。

==== 海洋効果 ====
大気中の{{Chem|CO|2}}は[[炭酸イオン]]もしくは[[炭酸水素イオン]]として表層海水に溶け込むことで海洋に移る。同時に海水中の炭酸イオンは{{Chem|CO|2}}として大気に戻る{{sfn|Libby|1965|p=6}}。この交換プロセスにより大気の{{Chem|14|C}}が表層海水に持ち込まれるが、その{{Chem|14|C}} が海洋の全域に浸透するには長い時間がかかる。海洋の最深部と表層海水との混合は非常にゆっくりしており、一様に混合されるわけでもない。深層水を表層に運ぶ主要な機構である[[湧昇]]は赤道周辺で盛んである。湧昇はまた海底や海岸線の局所的な地形、気候、風のパターンからも影響を受ける。全体的に深層水と表層水の混合は大気{{Chem|CO|2}}の表層水への混合よりはるかにゆっくりしているため、深海では見かけの放射性炭素年代が数千年に達することがある。湧昇によってこの「古い」水が表層水に混ぜられることで、表層水の見かけの年代はおよそ数百年になる（分別効果の較正後）{{sfn|Bowman|1995|pp=24–27}}。この効果はどの水域でも一様に生じるわけではない。平均の年代上昇は400年だが、地理的に近接した水域の間に数百年の食い違いが生まれることもある{{sfn|Bowman|1995|pp=24–27}}{{sfn|Cronin|2010|p=35}}。較正にこの偏差を織り込むことは可能であり、CALIB のような較正ソフトウェアには地域的な補正を入力するオプションがある<ref name="Alves2018"/>。貝殻のような海洋性有機物や、[[クジラ]]や[[アザラシ]]のような海棲哺乳類もこの効果の影響を受けるので見かけの放射性炭素年代が数百年になる{{sfn|Bowman|1995|pp=24–27}}。

==== 半球効果 ====
[[北半球]]と[[南半球]]は実質的に互いに独立した[[大気循環|大気循環系]]を持つので、両者の間の混合には顕著なタイムラグがある。大気の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比は南半球の方が小さく、放射性炭素年代にして北半球より見かけ上40年ほど古くなる{{Efn2|近年に得られた年代オフセットの見積もり値としては、過去1000年にわたる変動幅が放射性年代にして8–80年、平均40±14年というものと、過去2000年にわたる変動幅が放射性年代にして−2–83年、平均44±17年というものがある。より古いデータセットからは50年程度のオフセットが見積もられている<ref name=Hoggetal/>。}}。南半球の方が海洋の面積が大きく、そのぶん海洋と大気の間の炭素交換が盛んなためである。表層海水は海洋効果によって{{Chem|14|C}}が減少しているため、南半球では大気{{Chem|14|C}}が北半球よりも早く失われる{{sfn|Bowman|1995|pp=24–27}}<ref name=Hoggetal>{{Cite journal | last1=Hogg | first1=A.G. | last2=Hua | first2=Q. | last3=Blackwell | first3=P.G. | last4=Niu | first4=M. | last5=Buck | first5=C.E. | last6=Guilderson | first6=T.P. | last7=Heaton | first7=T.J. | last8=Palmer | first8=J.G. | last9=Reimer | first9=P.J. | last10=Reimer | first10=R.W. | last11=Turney | first11=C.S.M. | last12=Zimmerman | first12=S.R.H. | date=2013 | title=SHCal13 Southern Hemisphere Calibration, 0–50,000 Years cal BP | journal=Radiocarbon | volume=55 | issue=4 | pages=1889–1903 | doi=10.2458/azu_js_rc.55.16783| s2cid=59269731 }}</ref>。この効果は大規模な湧昇が存在する南極で特に大きい<ref name="Russel"/>。

==== その他の効果 ====
[[岩石]]は検出できる量の{{Chem|14|C}}を含まないほど年代が古いのが一般的であり、淡水が岩石から年代の古い炭素を取り入れると水の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比は減少する。たとえば河川が[[石灰岩]]（主成分は[[炭酸カルシウム]]）の上を通過すると炭酸イオンが溶け込む。地下水も岩石の間を流れることで岩石由来の炭素を取り込むことがある。そのような水や、水中で生息する植物や淡水生物は見かけの年代が数千年になる場合がある{{sfn|Aitken|1990|pp=61–66}}。この効果には[[硬水]]に特有の[[カルシウムイオン]]が関わっているため硬水効果と呼ばれる。[[腐植土]]などほかの炭素源が同様の効果を生み出すこともあり、炭素源が試料より新しければ見かけの年代が若くなる場合もある{{sfn|Bowman|1995|pp=24–27}}。この効果は状況によって大きく変動するため、一律に加えられるようなオフセット値はない。オフセットの大きさを決めるには、堆積物中の淡水性貝類の殻の年代を関連する有機物と比較するような研究を別に行う必要があるのが普通である{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=74–75}}。

[[火山]]が[[噴火]]すると大量の炭素が空気中に放出される。この炭素は地質由来のものであるため検出可能な量の{{Chem|14|C}}を含んでおらず、そのため火山付近の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比は周囲よりも小さくなっている。[[休火山]]も年代の古い炭素を放出することがある。そのような炭素を光合成によって取り込んだ植物も{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が低くなる。たとえば、[[アゾレス諸島]]{{仮リンク|フルナス|en|Furnas}}の[[カルデラ]]地域に自生する植物は見かけの年代が250年から3320年に及ぶことが分かっている<ref>{{cite journal|title=Magma-derived CO<sub>2</sub> emissions recorded in <sup>14</sup>C and <sup>13</sup>C content of plants growing in Furnas caldera, Azores|author=Pasquier-Cardin|first=Aline|last2=Allard|first2=Patrick|last3=Ferreira|first3=Teresa|last4=Hatte|first4=Christine|last5=Coutinho|first5=Rui|first6=Michel|last6=Fontugne|last7=Jaudon|first7=Michel|year=1999|pages=195-207|journal=Journal of Volcanology and Geothermal Research|volume=92|issue=1–2|doi=10.1016/S0377-0273(99)00076-1|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0377027399000761}}</ref>。

=== コンタミネーション（試料汚染） ===
年代の異なる炭素が試料に混入すると測定データは不正確になる。現代の炭素による汚染は試料の年代を実際よりも新しく見せる。その影響は試料自体の年代が古いほど大きくなる。1万7千年前の試料が汚染されて1%の現代炭素を含んだとすると、実際より600年新しい結果が出る。3万4千年前の試料であれば同じ汚染から4千年の誤差が生まれる。{{Chem|14|C}}が枯渇した古い炭素が混入した場合には逆向きの誤差が生じるが、その程度は試料年代に依存しない。試料に古い炭素が1%混入したら、それ自体の年代がどうであれ実際よりも80年古く測定される{{sfn|Aitken|1990|pp=85–86}}。

== 試料 ==
{{Main|:en:Radiocarbon dating samples }}
年代測定を行う試料は{{Chem|14|C}}含有量を測定するのに適した形に変換する必要がある。適した形は測定方法によって気体・液体・固体のいずれもありうる。汚染物質や不要な構成物質を除去する前処理も必要である{{sfn|Bowman|1995|pp=27–30}}。たとえば埋没していた試料からは貫入した小根のような目に見える異物を取り除かなければならない{{sfn|Bowman|1995|pp=27–30}}。[[フミン酸|腐食酸]]や[[炭酸塩]]の汚染を除去するには酸塩基洗浄が有効だが、測定対象となる炭素を含む部分まで除去してしまわないよう注意が必要である{{sfn|Aitken|1990|pp=86–89}}。

=== 物質ごとの注意点 ===
* 木製の試料は分析前に[[セルロース]]成分を抽出するのが一般的だが、それによって体積が20%にまで低下することがあるため原型のまま用いる場合もある。木炭を測定に用いることも多いが、多くの場合汚染の除去が必要になる{{sfn|Bowman|1995|pp=27–30}}{{sfn|Aitken|1990|pp=86–89}}。
* 骨は焼かれていなければ分析可能である。骨の構造体を除去した後に残るたんぱく質成分[[コラーゲン]]を分析対象とするのが一般的である。骨の構成[[アミノ酸]]の一つ[[ヒドロキシプロリン]]は骨内以外の存在例が知られていなかったため信頼できる指標物質と見なされていたが、後に地下水中に存在することが発見されている{{sfn|Bowman|1995|pp=27–30}}。
* 骨が焼かれていた場合、分析できるかは焼かれた条件によって決まる。還元雰囲気中で焼かれて炭化した骨は軟組織が残存していることがあり、その場合は測定が可能である{{sfn|Bowman|1995|pp=27–30}}。
* 海生・陸生生物の[[貝殻]]はほぼ純粋な[[炭酸カルシウム]]である。結晶構造は[[アラレ石|アラゴナイト]]、[[方解石|カルサイト]]、およびそれらの混合のいずれもありうる。炭酸カルシウムは非常に容易に溶解と[[再結晶]]を起こす。再結晶の際には環境にある炭素が取り込まれるが、その炭素は地質に由来する可能性がある。再結晶を経た貝殻を分析することが避けられないとしても、一連の試験によって貝殻を元々構成していた部分を特定できる場合もある{{sfn|Šilar|2004|p=166}}。貝殻に含まれる生物由来のタンパク質[[コンキオリン]]を分析することも可能だが、貝殻の構成物質の1–2%にしかならない{{sfn|Aitken|1990|pp=86–89}}。
* [[泥炭]]の主成分は[[フミン酸]]、ヒューミン、[[フルボ酸]]の三つである。その中では塩基に不溶で環境から不純物を取り込みにくいヒューミンが最も信頼性の高い年代を与える{{sfn|Aitken|1990|pp=86–89}}。泥炭が乾燥している場合、試料と識別しづらい小根を除去する困難さがある{{sfn|Bowman|1995|pp=27–30}}。
* [[土壌]]には有機物が含まれるが、より年代の新しいフミン酸によって汚染されている可能性が高く、満足いく年代測定を行うのは非常に難しい。土壌をふるいにかけて有機物由来の小片を抽出し、試料サイズが小さくても測定可能な方法を用いるのが望ましい{{sfn|Aitken|1990|pp=86–89}}。
* ほかに年代測定が行われた実績がある物質としては、[[象牙]]、[[紙]]、[[織物]]、[[種子]]や[[穀物]]の粒、{{仮リンク|泥レンガ|en|Mudbrick}}の中から採取された[[藁]]、[[陶磁器|焼き物]]に残っていた焦げた食物がある{{sfn|Aitken|1990|pp=86–89}}。
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*壺や什器類には食物の保存や調理に使用した塩分が付着していることがあり、海洋効果が大きな誤差となって現れる。特に正確な年代推定が問題となる縄文時代および弥生時代の資料の解釈には注意が必要である。
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=== 試料調製と試料サイズ ===
年代が古い試料については、分析前に試料中の{{Chem|14|C}}量を濃縮するのが有効なことがある。それには熱拡散カラムが用いられる。プロセスには1か月近い期間が必要で、通常の10倍ほどの量の試料が必要になるが、古い試料の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比をより正確に測定することができ、信頼性のある値が得られる年代の限界を広げることができる{{sfn|Bowman|1995|pp=37–42}}。

コンタミネーションを除去した後は試料を測定手段に合わせた形に変換しなければならない{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}。気体が必要なとき広く用いられるのは{{Chem|CO|2}}である{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}{{sfn|Aitken|1990|pp=76–78}}。{{仮リンク|液体シンチレーションカウンタ|en|Liquid scintillation counting}}用の試料は液体にする必要があり、一般的には[[ベンゼン]]に変換される。{{仮リンク|加速器質量分析|en|Accelerator mass spectrometry}}(AMS) では固体[[グラファイト]]のターゲットがもっとも一般的だが、気体の{{Chem|CO|2}}を用いることもできる{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}{{sfn|Trumbore|1996|p=318}}。

分析に必要な量は試料の種類や分析手段によって異なる。分析手段には大きく分けて放射能を測定する検出器（ベータ線計数）と加速器質量分析の二つのタイプがある。ベータ線計数では通常10グラム以上の試料が必要になる{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}。加速器質量分析はそれよりはるかに感度が高く、炭素の含有量が0.5ミリグラムであっても分析することができる{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=103–104}}。

== 測定方法とデータ ==
[[ファイル:1_MV_accelerator_mass_spectrometer.jpg|サムネイル|280px|近年では加速器質量分析装置で{{Chem|14|C}}の測定を行うのがもっとも一般的である。]]
リビーが最初の放射性炭素年代分析実験を行ってから数十年にわたって、個々の炭素原子の[[放射性崩壊]]を検出することが試料中の{{Chem|14|C}}を測定する唯一の方法だった。このアプローチで測定されているのは試料の[[比放射能]]、すなわち単位質量当たり・単位時間当たりの崩壊数である{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}。{{Chem|14|C}}原子の崩壊によって放出される[[ベータ粒子]]を検出しているため「ベータ線計数法」とも呼ばれる{{sfn|Walker|2005|p=20}}。1970年代後半には測定対象の{{Chem|14|C}}原子と{{Chem|12|C}}原子の数を加速器質量分析装置 (AMS) によって直接計量する新たなアプローチが登場した{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}。AMSは試料の放射能ではなく{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比を直接計量するが、それらの測定値は互いに正確に換算することができる{{sfn|Aitken|1990|pp=76–78}}。しばらくの間はベータ線計数法の方がAMSより正確だったが現在では逆転しており、AMSの方が上位の放射性炭素測定法となっている{{sfn|Walker|2005|p=23}}{{sfn|Killick|2014|p=166}}。AMSはベータ線計数法と比べて精度の向上のほか、小さい試料でも正確に分析できることと、測定が非常に速いという二つの重要な利点がある。AMSでは1%の精度で測定を行うのに数分しか要しないが、それはベータ線計数法で可能な速さをはるかに超えている{{sfn|Malainey|2010|p=96}}。

=== ベータ線計数法 ===
リビーが最初に使った検出器は手製の[[ガイガー＝ミュラー計数管|ガイガー計数管]]だった。リビーは試料の炭素を[[ランプブラック]]（[[すす]]）に変換し、それを内面に塗った円筒を計数管の中に収め、計数用の電極ワイヤを円筒内に差し入れて試料と電極の間に介在物がないようにした{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}。{{Chem|14|C}}の崩壊から放出されるベータ粒子は貫通力が非常に弱く、厚さ0.01ミリメートルのアルミ箔で止められてしまうほどなので、間に何かの物質があると検出に影響が出てしまう{{sfn|Aitken|1990|pp=76–78}}。

間もなくリビーの方法は核実験によって生じた大気{{Chem|14|C}}の影響を受けづらいガス[[比例計数管]]に取って代わられた。この種の計数管は{{Chem|14|C}}の崩壊によって放出されたベータ粒子が起こす電離なだれを記録するが、なだれの大きさはベータ粒子のエネルギーに比例するため、{{Chem|14|C}}以外の要因による背景放射などを識別して取り除くことができる。また計数管は背景放射を遮蔽し、宇宙線の入射を低減するため鉛か鋼で覆われる。さらに計数管本体に加えて{{仮リンク|反同時計数|en|Electronic anticoincidence|label=反同時計数管}}が併用されている。反同時計数管は計数管本体の外で起きた放射線入射を記録するもので、計数管の内部と外部で同時に起きた現象は外的な要因によるとして無視される{{sfn|Aitken|1990|pp=76–78}}。

液体シンチレーション計数法も{{Chem|14|C}}の放射能を測定する方法として一般的である。この手法が研究開発されたのは1950年だが、ガス計数法と並び立つようになるには1960年代にベンゼンの効率的な合成法が確立するまで待たなければならなかった。1970年以降に建造された年代測定研究施設では液体計数法の方が優勢になった。液体シンチレーションカウンタはベンゼン試料に含まれる{{Chem|14|C}}が放出したベータ粒子がベンゼンに添加された蛍光物質と反応して発する閃光を検出している。この方法も気体計数管と同じく遮蔽と反同時計数管を必要とする{{sfn|Theodórsson|1996|p=24}}{{sfn|L'Annunziata|Kessler|2012|p=424}}。

ガス比例計数管と液体シンチレーションカウンタが測定しているのはどちらも与えられた期間に検出されたベータ粒子の数である。試料の質量は既知であるため、この数は比放射能の値に換算することができる。比放射能の単位は炭素1グラム当たり毎分計数率（cpm/g C）もしくは[[ベクレル]]毎キログラム（Bq/kg C）が標準的である。どちらの方法でもブランク試料（十分に年代が古く放射性炭素を含まない試料）の測定が行われる。それにより背景放射の値が求められるので、年代測定対象の放射能の測定値から差し引いて試料の{{Chem|14|C}}に由来する放射能だけを残す。また標準的な放射能を持つ標準試料も測定して比較の基準とする{{sfn|Eriksson Stenström et al.|2011|p=3}}。

=== 加速器質量分析装置 (AMS) ===
[[ファイル:Accelerator_mass_spectrometer_schematic_for_radiocarbon.svg|サムネイル|320px |加速器質量分析装置の構成を表す模式図。この装置により炭素同位体の原子数を計数して年代測定を行う。]]
AMSは試料に含まれる{{Chem|14|C}}と{{Chem|12|C}}の原子数を計数することで直接的に{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比を求める。試料は[[グラファイト]]の形にされることが多い。試料から放出されたC<sup>−</sup>[[イオン (化学)|イオン]]（1価の負電荷を帯びた炭素原子）は[[加速器]]に導入される。加速を受けた陰イオンはストリッパー部を通過するときに複数の電子を剥ぎ取られ、加速器の設計によって1価から4価までのいずれかの陽イオンに変わる（C<sup>+</sup>~C<sup>4+</sup>）。その後イオンは磁石によって軌道を曲げられる。重いイオンは軽いイオンに比べて曲げられ方が弱いため、同位体ごとに分かれたイオン線が作られる。{{Chem|14|C}}イオン線の粒子数は[[粒子検出器]]によって測定されるが、{{Chem|12|C}}（較正用に計数される{{Chem|13|C}}も）は量が多すぎて個々のイオンを検出することが難しいため、[[ファラデーカップ]]でイオン線を受けて流れた電流を測ることで粒子数を計数する{{sfn|Aitken|1990|pp=82–85}}。{{Chem|13|CH}}のような分子は{{Chem|14|C}}と質量がほぼ等しいため誤認の可能性があるが、ストリッパー部で大きな正電荷を与えられると[[解離 (化学)|解離]]するため検出にかかることはない{{sfn|Wiebert|1995|p=16}}。AMS装置の多くは放射性炭素年代の計算に必要なδ<sup>13</sup>C値も同時に測定する{{sfn|Tuniz|Zoppi|Barbetti|2004|p=395}}。シンプルな質量分析装置ではなくAMSが用いられるのは、{{Chem|14|N}}や{{Chem|13|CH}}のような質量の近い分子と炭素同位体を識別するために必要なためである{{sfn|Bowman|1995|pp=31–37}}。AMSでもベータ線計数法と同じくブランク試料と標準試料の測定も行われる{{sfn|Aitken|1990|pp=82–85}}。ブランク試料には二種類あり、化学的処理を行っていない化石炭素（{{Chem|14|C}}が枯渇した古い炭素）からなるブランク試料は装置のバックグラウンドを較正するために用いられる。この試料から検出される{{Chem|14|C}}信号はすべて検出器内でイオン線が所定の軌道から逸れたことによるか、{{Chem|12|CH|2}}や{{Chem|13|CH}}のような[[炭化水素]]由来のものである。化石炭素に年代測定対象とまったく同じ処理を行ってターゲット物質に変換したものはプロセスブランク試料と呼ばれ、試料調製の過程で混入するコンタミネーション量の指標となる。これらの測定結果を用いて試料の年代測定を計算する<ref name="renamed_from_11_on_20200701175743">{{Cite journal|last=McNichol|first=A.P.|last2=Jull|first2=A.T.S.|last3=Burr|first3=G.S.|year=2001|title=Converting AMS data to radiocarbon values: considerations and conventions|url=https://journals.uair.arizona.edu/index.php/radiocarbon/article/view/3969/3394|journal=Radiocarbon|volume=43|issue=2A|pages=313–320|DOI=10.1017/S0033822200038169}}</ref>。

=== 計算 ===
{{Main|:en:Calculation of radiocarbon dates}}
ベータ線計数法が試料の放射能を測定しているのに対し、AMSは試料中の炭素同位体三種の存在比を求めているため、測定結果の計算法は測定法によって変わる<ref name="renamed_from_11_on_20200701175743"/>。

ベータ線計数によって放射能を測定した試料の年代を決定するには、その比放射能の標準試料比放射能に対する比を求める必要がある。そのためには化石炭素からなるブランク試料と、比放射能の値が既知の試料の測定も必要になる。それによって背景放射や研究室の設備で生じる系統的な誤差を検出して補正することができる{{sfn|Eriksson Stenström et al.|2011|p=3}}。もっとも一般的に用いられる標準試料は[[シュウ酸]]で、1997年に[[アメリカ国立標準技術研究所]] (NIST) がフランス産[[ビート (植物)|ビート]]から1000[[ポンド (質量)|ポンド]]分を調製したHOxII標準などがある{{sfn|Terasmae|1984|p=5}}{{sfn|L'Annunziata|2007|p=528}}。

AMS分析から得られた同位体存在比は Fm (fraction modern) 値に換算される。Fmは試料中の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比を現代炭素の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比で割った値として定義される。「現代炭素の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比」とは、化石燃料効果が存在しなかったと仮定したとき1950年に測定されるであろう値を意味する<ref name=renamed_from_11_on_20200701175743/>。

ベータ計数法とAMSの測定結果はどちらも同位体分別の補正が必要である。年代が等しくとも物質が異なれば分別効果によって{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}が異なるので、見かけの年代に差が生じてしまう。これを避けるため、放射性炭素の測定値はすべて、試料が{{Math|δ<sup>13</sup>C}}値−25‰の木材でできていた場合に測定されるであろう値へと変換される{{sfn|Aitken|1990|pp=92–95}}。

補正後の{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が求められたら、以下のように「放射性炭素年代」(Age) を計算する<ref name="renamed_from_13_on_20200701175743">{{Cite web |url=http://www.whoi.edu/nosams/page.do?pid=40146 |title=Radiocarbon Data Calculations: NOSAMS |publisher=Woods Hole Oceanographic Institution |year=2007 |access-date=27 August 2013}}</ref>。

: <math>\text{Age} = - \ln (\text{Fm})\cdot 8033\text{ years}</math>

この計算に用いられる平均寿命の値8033年はリビーの半減期5568年から導出されるものである。近年のより正確な半減期5730年によると平均寿命は8267年となるが、その値は用いられない。リビーの値が使われるのは初期の分析結果との整合性を保つためである。較正曲線にはその補正が取り入れられているので、最終的に記述される[[暦年代]]は正確なものである<ref name="renamed_from_13_on_20200701175743"/>。

=== 誤差と信頼性 ===
分析時間を長くすれば結果の信頼性は向上する。例として、250分間にわたってベータ崩壊の計数を行うことで±80年の誤差、68%の信頼度が得られるのであれば、計数時間を倍の500分間にすれば同じ信頼度で測定するのに必要な{{Chem|14|C}}の量が半分になる{{sfn|Bowman|1995|pp=38–39}}。

放射性炭素年代測定が可能なのは通常5万年までの年代に限られる。それより古い試料には測定に十分なほどの{{Chem|14|C}}が含まれていない。ただし、特殊な試料調製手法を用い、大きなサイズの試料を用意し、測定時間を大幅に長くすることでそれより古い年代のデータも得られている。これらの手法によれば6万年までの年代測定が可能で、ケースによっては7万5千年でも可能になる{{sfn|Walker|2005|p=23}}。

測定された放射性炭素年代は平均値に加えて正負両側に[[標準偏差]]の範囲（標準偏差をσとして1σの範囲) を併記するのが普通である。ただし1σの年代範囲は信頼水準にして68%に過ぎず、測定対象の真の年代が範囲外にある可能性は低くない。そのことは1970年に[[大英博物館]]放射性炭素研究所が行った6カ月にわたって同じ試料を毎週測定する実験で明らかにされた。週ごとの測定結果は大きく変動しており（ただし測定誤差は正規分布に従っていた）、信頼度1σの範囲では互いに重なり合わないデータもあった。ある測定では4250–4390年の範囲が、別の測定では4520–4690年の範囲が得られている{{sfn|Taylor|1987|pp=125–126}}。

実験過程で起きたミスも誤差の原因となる。現代のベンゼン標準試料の1%が蒸発してしまったとすると、シンチレーションカウンタによる放射性炭素年代は若い方におよそ80年ずれる{{sfn|Bowman|1995|pp=40–41}}。

=== 較正 ===
{{Main|:en:Radiocarbon calibration}}
[[ファイル:Prometheus_tree1.jpg|左|サムネイル|非常に樹齢の古いイガゴヨウマツの切り株。放射性炭素年代測定の較正曲線を構築するための年輪データを得るのに用いられた種の一つである。]]
上記の手順によって得られる値は放射性炭素年代と呼ばれる。これは歴史上{{Chem|14|C}}/{{Chem|12|C}}比が常に一定だったという仮定に基づく年代を意味している{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=155}}。リビーは1955年にすでにこの仮定が誤っている可能性を指摘していたが、放射性炭素年代に較正を行わなければ[[暦年代]]が得られないことが明らかになったのは、歴史的に明らかな遺物の年代と測定結果との食い違いが増えてきてからのことである{{sfn|Aitken|1990|pp=66–67}}。

[[暦年代]]を放射性炭素年代と関係づけるための曲線を作成するには、暦年代が確定している一連の試料から放射性炭素年代のデータ列を得る必要がある。そのようなデータ列の最初の例は[[年輪年代学|年輪の研究]]から見出された。木材はいずれも特徴的な同心円状の[[年輪]]によって構成されており、個々の年輪の厚さは降雨量の逐年変化のような環境要因によって決まる。環境要因は同じ地域に生えているすべての樹木に影響を与えるので、古い樹木の年輪シーケンスを比べれば互いに重なり合う部分が見つかる。これにより連続する年輪データ列を相当な過去にまで伸ばすことができる。{{仮リンク|ウェスリー・ファーガソン|en|Wesley Ferguson}}はイガゴヨウマツ (''[[:en:Bristlecone pine|Pinus aristata]]'')の年輪を用いてそのようなデータ列を最初に公刊した{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=50–52}}。ハンズ・スースはそれを利用して1967年に最初の放射性炭素年代測定用の較正曲線を発表した{{sfn|Bowman|1995|pp=16–20}}{{sfn|Suess|1970|p=303}}{{sfn|Aitken|1990|pp=66–67}}。スースの曲線は直線と二つの点で異なっていた。およそ9千年周期の長周期ゆらぎと、それより短い数十年周期の変動（「ウィグル」と呼ばれる）である。<!-- 英語版原文にある "schwung (schwing)" に関する一文は訳しづらく、重要ではないと考えて省略した。出典はBowman 1995だけ確認したが、要するにスースが「較正曲線は "cosmic schwung" の手法で描いた」という発言をして、周りがその意味を測りかねていたということのようだ。「フリーハンドで描いたということか？」「地球外からの何らかの力によるという意味か？」というように。修正前の表現「スースはウィグルが宇宙放射線の変動に由来すると考えていた」は誤訳だった -->ウィグルが人為的な[[アーティファクト#自然科学|アーティファクト]]なのか、それとも真に存在するのかはすぐには明らかにならなかったが、現在ではその実在は広く認められている{{sfn|Bowman|1995|pp=16–20}}{{sfn|Suess|1970|p=303}}{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=59}}。この短周期ゆらぎは{{仮リンク|ヘッセル・デ・フリース|en|Hessel de Vries}}にちなんでデ・フリース効果と呼ばれている{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=53–54}}。

[[ファイル:Intcal_20_calibration_curve.png|サムネイル|300px |IntCal20の北半球曲線。2020年時点で最新の標準較正曲線である。斜めに引かれた直線は放射性炭素年代と暦年代が一致する場合を示している<ref name=":0"/>。]]
その後30年以上にわたって様々な手法や統計学的アプローチによる較正曲線が次々に発表された{{sfn|Bowman|1995|pp=43–49}}。それらを淘汰したのはIntCalシリーズの較正曲線だった。1998年に発表されたIntCal98を皮切りに、2004年、2009年、2013年、2020年に改訂版が出ている<ref name=":0">{{Cite journal|last=Heaton|first=Timothy J.|last2=Blaauw|first2=Maarten|last3=Blackwell|first3=Paul G.|last4=Ramsey|first4=Christopher Bronk|last5=Reimer|first5=Paula J.|last6=Scott|first6=E. Marian|date=August 2020|title=The IntCal20 approach to radiocarbon calibration curve construction: a new methodology using Bayesian splines and errors-in-variables|journal=Radiocarbon|volume=62|issue=4|pages=821–863|language=en|DOI=10.1017/RDC.2020.46|ISSN=0033-8222}}</ref>。年輪、[[年縞]]、[[サンゴ]]、{{仮リンク|大型化石|en|Macrofossil|label=大型植物化石}}、[[二次生成物|洞窟生成物]]、[[有孔虫]]から集められた新しいデータを用いて更新が重ねられたものである。IntCal20には半球効果による北半球と南半球の間の系統的なずれに対応した別々の曲線が用意されている。南半球曲線 (SHCAL20) は可能な限り独立のデータを用いているが、直接データが利用できない場合には北半球曲線に平均的なオフセットを加算することで構成されている。また別に海洋較正曲線 (MARINE20) も含まれている<ref name="INTCAL13"/><ref>{{Cite journal|last=Stuiver|first=M.|last2=Braziunas|first2=T.F.|year=1993|title=Modelling atmospheric {{chem|14|C}} influences and {{chem|14|C}} ages of marine samples to 10,000 BC|url=https://journals.uair.arizona.edu/index.php/radiocarbon/article/view/1558/1562|journal=Radiocarbon|volume=35|issue=1|pages=137–189|DOI=10.1017/s0033822200013874}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Hogg|first=Alan G.|last2=Heaton|first2=Timothy J.|last3=Hua|first3=Quan|last4=Palmer|first4=Jonathan G.|last5=Turney|first5=Chris SM|last6=Southon|first6=John|last7=Bayliss|first7=Alex|last8=Blackwell|first8=Paul G.|last9=Boswijk|first9=Gretel|date=August 2020|title=SHCal20 Southern Hemisphere Calibration, 0–55,000 Years cal BP|journal=Radiocarbon|volume=62|issue=4|pages=759–778|language=en|DOI=10.1017/RDC.2020.59|ISSN=0033-8222}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Heaton|first=Timothy J.|last2=Köhler|first2=Peter|last3=Butzin|first3=Martin|last4=Bard|first4=Edouard|last5=Reimer|first5=Ron W.|last6=Austin|first6=William E. N.|last7=Ramsey|first7=Christopher Bronk|last8=Grootes|first8=Pieter M.|last9=Hughen|first9=Konrad A.|date=August 2020|title=Marine20—The Marine Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55,000 cal BP)|journal=Radiocarbon|volume=62|issue=4|pages=779–820|language=en|DOI=10.1017/RDC.2020.68|ISSN=0033-8222}}</ref>。

較正曲線を使うには、試験所が報告した放射性炭素年代の値をグラフの縦軸から探し、そこから水平線を引く。水平線が曲線と交わる点で読んだ横軸の値が試料の暦年代を示す。これは曲線を作成したのと逆の手順であり、較正曲線グラフの各データ点は年輪のように年代が既知の試料を測定して得られた放射性炭素年代の結果を表している{{sfn|Bowman|1995|pp=43–49}}。ウィグル（グラフの波打ち）の存在により、放射性炭素年代の値から引いた水平線が較正曲線と複数回交差することもある。この場合、較正結果の暦年代は複数の交点に対応する複数の年代範囲として表記されることになる{{sfn|Bowman|1995|pp=43–49}}。相対年代が明らかな一組の試料があれば、それらを用いて較正曲線のサブセットを構築することもできる。それを本来の較正曲線と比較すると試料シーケンスをどの年代に当てはめればもっとも一致するかが分かる。この「ウィグルマッチング法」は個別の放射性炭素年代分析では不可能なほど正確に年代が決定できる{{sfn|Walker|2005|pp=35–37}}。この方法は較正曲線にプラトー（平坦部分）がある領域{{Efn2|較正曲線にプラトーが生じるのは、試料中で放射性炭素が崩壊によって減少するのと同じ速さで大気の{{chem|14|C}}/{{chem|12|C}}比が減少したときである。プラトーは例えば紀元前750年から紀元前400年にかけて存在し、この時期で年代決定を行わなければならない試料は放射性炭素年代の精度が低下する<ref>{{cite journal|url=https://www.jstor.org/stable/3840039|first1=Tom|last1=Guilderson|first2=Paula |last2= Reimer |first3= Tom |last3= Brown|title=The Boon and Bane of Radiocarbon Dating|journal=Science|date=21 January 2005|volume=307|number=5708|page=363|doi=10.1126/science.1104164 |jstor=3840039 |pmid=15661996 |s2cid=128466798 }}</ref>。}}でも適用可能なので、グラフの交点を用いる方法や確率的な方法よりはるかに正確なデータが得られる{{sfn|Aitken|1990|pp=103–105}}。ウィグルマッチング法は年輪だけに適用されるわけではない。例として、ニュージーランドで採取されたある[[テフラ]]成層構造は人類の移住以前のものと信じられていたが、ウィグルマッチング法によって1314±12年のものと決定された{{sfn|Walker|2005|pp=207–209}}。

較正が必要な放射性炭素年代がいくつかある場合には[[ベイズ推定]]の手法が使える。たとえば層序的な位置が異なるいくつかの場所の放射性炭素年代を求めるとき、時間的な順序の事前情報を元にしてベイズ分析を行えば[[外れ値]]の評価を行ったり、確率分布の精度を高めることができる{{sfn|Walker|2005|pp=35–37}}。ベイズ分析が導入された当初は計算に[[メインフレーム]]コンピュータが必要だったため応用は限られていたが、昨今ではOxCalのようなパソコン用プログラムにもベイズ分析が実装されている{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=148–149}}。

=== 年代の表記 ===
最初の試料が測定されて以来、放射性炭素年代の測定結果の表記法はいくつか存在してきた。2019年時点で {{仮リンク|Radiocarbon|en|Radiocarbon (journal)|label=''Radiocarbon''}} 誌が定めている標準的なスタイルは以下の通りである<ref name="Radiocarbon_Authors">{{Cite web |url=http://www.radiocarbon.org/Authors/author-info.pdf |title=Radiocarbon: Information for authors |author=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |date=May 25, 2011 |website=Radiocarbon |publisher=University of Arizona |pages=5–7 |access-date=1 January 2014 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130810014457/http://www.radiocarbon.org/Authors/author-info.pdf |archive-date=10 August 2013}}</ref>。

未較正の年代は「{{Var|laboratory}}: {{Var|<sup>14</sup>C year}} ± {{Var|range}} BP」と表記する。記号の意味は以下の通り。

* {{Var|laboratory}} は試料分析を行った研究所のコードと試料IDを示す。
* {{Var|<sup>14</sup>C year}} はその研究所の同定結果を放射性炭素年代の値で表したものである。
* {{Var|range}} は研究所が定めた信頼区間 1σ での誤差を表す。
* 「BP」は「[[BP (年代測定)|before present]]」の略で、西暦1950年を基準とする年代を意味する。すなわち「500 BP」は西暦1450年のことである。

例として「UtC-2020: 3510 ± 60 BP」という表記が意味するのは、試料が[[ユトレヒト大学]]のロベルト・ファン・デル・グラーフ研究所（UtC。後に地球シミュレーション研究所に改称<ref>{{Cite web |url=https://www.uu.nl/en/organisation/campus-development/projects-at-the-usp/completed-projects/transformation-robert-van-der-graaff-laboratory-into-earth-simulation-lab |title=Transformation Robert van der Graaff laboratory into Earth Simulation Lab |access-date=2022-12-13 |publisher=Utrecht University}}</ref>）で分析されて試料番号「2020」を与えられたということと、未較正の年代が1950年現在から3510±60年前だということである。また「1 ka BP」という表記は「1000 BP」と等しい。たとえば「10 ka BP」は現在から1万年前（紀元前8050年）を表す。年代測定法を明示したい場合、放射性炭素年代であれば単なる「BP」の代わりに「{{Chem|14|C}} yr BP」を用いる。{{仮リンク|熱ルミネッセンス年代測定|en|Thermoluminescence dating|label=熱ルミネッセンス法}}であれば「TL yr BP」となる<ref name="Radiocarbon_Authors"/>。較正済みの放射性炭素年代はしばしば「cal BP」などと書かれる{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=29}}。''Radiocarbon'' 誌は較正後の年代が統計的に導かれた値であることを強調しており、確定した暦年代ではなく「cal {{Var|date-range}} {{Var|confidence}}」（{{Var|date-range}} は年代範囲、{{Var|confidence}} は信頼水準）のように年代範囲として表記するよう求めている。例として「cal 1220–1281 AD (1σ)」とあったなら、信頼水準1σ、つまり[[68–95–99.7則|およそ68%]]の確率で1220年から1281年までの間に真の年代が存在するという意味である。較正後の年代も「BC」や「AD」の代わりに「BP」で標記して構わない。分析結果の較正には最新のIntCal曲線を用いることが推奨され、較正に用いたOxCalなどのプログラムをすべて特定することも求められる<ref name="Radiocarbon_Authors"/>。2014年の ''Radiocarbon'' 誌に掲載された放射性炭素年代の報告に関する慣行についての論文では、そのほかにも試料物質、前処理法、精度管理実験などの実験方法を記載することが推奨されている。また較正に用いたソフトウェアのバージョンや選択したオプションやモデルを特定すること、ならびに較正後の年代範囲それぞれの確率を付記することも推奨された<ref>{{Cite journal|last=Millard|first=Andrew R.|date=2014|title=Conventions for reporting radiocarbon determinations|url=http://dro.dur.ac.uk/21052/1/21052.pdf|journal=Radiocarbon|volume=56|issue=2|pages=555–559|DOI=10.2458/56.17455}}</ref>。

== 考古学への応用 ==
=== 解釈 ===
放射性炭素年代を解釈する上で鍵となる概念は考古学でいう[[共伴]]（同じ[[遺構]]で発見された複数の[[遺物]]の間にどんな関係があるか）である。調べたい遺物が直接的に放射性炭素分析を行えない状況は多い。たとえば金属の副葬品には放射性炭素分析を行えないが、同じ墓には同時に埋葬されたと思われる棺や木炭などが存在するかもしれない。そのような場合、棺や木炭と副葬品の間には直接的な機能上の関係があるため、前者の年代は副葬品が埋められた年代の指標となる。機能上の関係はなくとも強い共伴関係が存在する場合もある。例として、ごみ捨て場の木炭層が与える年代はごみ捨て場自体の年代と何らかの関係がある{{sfn|Mook|Waterbolk|1985|pp=48–49}}。

考古学の発掘で出土した古代遺物の年代を測定するときは試料のコンタミネーションが特に問題となり、試料選択と調製には細心の注意が必要となる。<!--特に生活圏にあった資料には保存や調理のための塩分が付着していることが多く、それによる海洋効果で誤ってより古い時代のものと推定されることがある。-->2014年に{{仮リンク|トマス・ハイアム|en|Thomas Higham (archaeologist)}}と共同研究者は[[ネアンデルタール人]]の人工遺物についてそれまで報告された年代は「若い炭素」による汚染のため実際より新しかったと主張した<ref>{{Cite journal|last=Higham|first=T.|last2=Wood|first2=Rachel|last3=Ramsey|first3=Christopher Bronk|last4=Brock|first4=Fiona|last5=Basell|first5=Laura|last6=Camps|first6=Marta|last7=Arrizabalaga|first7=Alvaro|last8=Baena|first8=Javier|last9=Barroso-Ruíz|first9=Cecillio|year=2014|title=The timing and spatiotemporal patterning of Neanderthal disappearance|journal=Nature|volume=512|issue=7514|pages=306–309|bibcode=2014Natur.512..306H|DOI=10.1038/nature13621|PMID=25143113|postscript=1|deadlinkdate=Galván}}</ref>。

成長中の樹木は最外層の年輪だけが環境と炭素を交換するので、木材試料の年代測定値は樹木のどの部分から取られたかによって変わる。このため木材試料の放射性炭素年代は木が伐採された年代より古い可能性がある。さらに、木材が複数の用途に使われた場合には伐採から発掘された状況にいたるまでにかなりの時間が経過していることもある{{sfn|Bowman|1995|pp=53–54}}。これはしばしば「{{仮リンク|古木効果|en|Old wood}}」と呼ばれる{{sfn|Bowman|1995|pp=9–15}}。英国ウィジー・ベッド・コップスで青銅器時代に利用されていた[[木道]]はその一例で、明らかに別の用途に使われていた木材で作られている。別の例として、流木が建材に利用されることがある。そのような再利用がなされていたかどうかは常に識別できるわけではない。木材以外にも同じ問題はある。[[新石器時代]]の集落ではかごの防水加工に[[アスファルト]]が用いられていたことが知られているが、かごが使用されていた年代に関わらず、アスファルトの放射性炭素年代は測定できないほど古い。したがってかごから取った試料を分析するときは注意しないと誤った年代を得ることになる。再利用と関連した問題に埋没時期のずれがある。たとえば、長い期間にわたって使われていた木製品は、埋没した周囲の状況の実年代よりも古い年代を与える{{sfn|Bowman|1995|pp=53–54}}。

=== 考古学以外での利用 ===
放射性年代が利用される分野は考古学だけではなく、[[地質学]]、[[堆積学]]、[[湖沼学]]においても有用である。AMSを用いれば微小な試料の年代測定が行えるため、[[古植物学|古植物学者]]や[[古気候学|古気候学者]]は堆積成層構造から抽出された花粉や、微量の植物片や木炭の放射性炭素年代を直接的に測定することができる。地層から採取される有機物の年代は、異なる場所の地質学的に似通った地層の間の相互関係を解き明かすのに有用である。一方の場所から採取した物質を分析することで他方の年代についての情報を得ることができ、それらの年代を通じて地質学的なタイムライン全体の中での位置づけを行うこともできる<ref>{{Cite journal|last=Godwin|first=Harry|year=1961|title=The Croonian Lecture: Radiocarbon dating and Quaternary history in Britain|journal=Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences|volume=153|issue=952|pages=287–320|bibcode=1961RSPSB.153..287G|DOI=10.1098/rspb.1961.0001}}</ref>。

放射性炭素は[[生態系]]から放出された炭素の年代を調べるためにも用いられる。特に、埋蔵されていた古い炭素が人為的な干渉や気候変動によって放出された量はこの方法でモニタされている<ref>{{Cite journal|last=Dean|first=Joshua F.|last2=Garnett|first2=Mark H.|last3=Spyrakos|first3=Evangelos|last4=Billett|first4=Michael F.|date=2019|title=The potential hidden age of dissolved organic carbon exported by peatland streams|journal=Journal of Geophysical Research: Biogeosciences|volume=124|issue=2|pages=328–341|language=en|bibcode=2019JGRG..124..328D|DOI=10.1029/2018JG004650|ISSN=2169-8953}}</ref>。近年では現場採取技術の向上により重要な[[温室効果ガス]]である[[メタン]]や[[二酸化炭素]]の年代測定が可能になっている<ref>{{Cite journal|last=Elder|first=Clayton D.|last2=Xu|first2=Xiaomei|last3=Walker|first3=Jennifer|last4=Schnell|first4=Jordan L.|last5=Hinkel|first5=Kenneth M.|last6=Townsend-Small|first6=Amy|last7=Arp|first7=Christopher D.|last8=Pohlman|first8=John W.|last9=Gaglioti|first9=Benjamin V.|date=2018|title=Greenhouse gas emissions from diverse Arctic Alaskan lakes are dominated by young carbon|url=https://escholarship.org/uc/item/9q0086pg|journal=Nature Climate Change|volume=8|issue=2|pages=166–171|language=en|bibcode=2018NatCC...8..166E|DOI=10.1038/s41558-017-0066-9|ISSN=1758-678X}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Dean|first=Joshua F.|last2=Billett|first2=Michael F.|last3=Murray|first3=Callum|last4=Garnett|first4=Mark H.|date=2017|title=Ancient dissolved methane in inland waters revealed by a new collection method at low field concentrations for radiocarbon ( 14 C) analysis|journal=Water Research|volume=115|pages=236–244|language=en|DOI=10.1016/j.watres.2017.03.009|PMID=28284090}}</ref>。

また、犯罪捜査に用いられる場合もある。1970年にノルウェーで見つかった身元不明の女性遺体、通称「[[イスダルの女]]」の顎から採られた歯を用いた放射性炭素年代測定による身元調査が2017年に行われた。<br>測定結果によると、イスダルの女は[[1926年]]から[[1934年]]の間に[[ドイツ]]の[[ニュルンベルク]]付近で生まれ、幼少期に[[フランス]]国内もしくは仏独の国境地帯に引っ越した可能性が高いとされている<ref>{{Cite web |title=Tennene avslører: Isdalskvinnen eldre enn man trodde |url=https://www.nrk.no/dokumentar/xl/isdalskvinnen-eldre-enn-man-har-trodd-1.13822049 |date=8 January 2018 |publisher=NRK |access-date=2018-01-09 |language=no |last=Skille |first=Øyvind |coauthors=Marit Higraff, Ståle Hansen |archive-url=https://web.archive.org/web/20180111030850/https://www.nrk.no/dokumentar/xl/isdalskvinnen-eldre-enn-man-har-trodd-1.13822049 |url-status=live |archive-date=2018-01-11}}</ref><ref>{{Cite news |url=https://www.bbc.com/news/world-europe-39978131 |title='Major breakthrough' in Norway's 46-year-old Isdal woman mystery |date=2017-05-19 |access-date=2017-05-19 |publisher=英国放送協会 |newspaper=BBC |language=en |archive-url=https://web.archive.org/web/20170520001517/http://www.bbc.com/news/world-europe-39978131 |archive-date=2017-05-20}}</ref>。 <br>「イスダルの女」の出自に関しては、それまでの証拠（筆跡や生前の彼女と思われる人物と話した人物の証言など）から導き出された最も有力な推論<ref>証拠や証言から、フランスで教育を受けたベルギー人かドイツ人と考えられていた。</ref>を裏付ける測定結果となった為、概ね支持されている。しかし、遺体の状況や遺留品の不可解さから身元については諸説あり、今も尚身元不明である。

=== 重要な応用例 ===
==== トゥークリークス化石林における更新世／完新世境界 ====
[[更新世]]は約260万年前にはじまった[[地質時代|地質年代]]（[[世]]）で、およそ11700年前に現在の[[完新世]]に取って代わられた{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=34–37}}。二つの境界は急激な気候温暖化で定義されるが、地質学者は20世紀の大部分にわたってそれがいつ起きたかを可能な限り正確に決定しようとしてきた{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=34–37}}{{sfn|Bousman|Vierra|2012|p=4}}。米国[[ウィスコンシン州]]{{仮リンク|トゥークリークス (ウィスコンシン州)|en|Two Creeks, Wisconsin|label=トゥークリークス}}において化石林（{{仮リンク|トゥークリークス埋没林州自然地域|en|Two Creeks Buried Forest State Natural Area}}）が発見され、更新世の間にこの地域で起きた最後の[[氷河]]南進であるヴァルダーズ氷河の再前進によって死滅した森林だということが判明した。放射性炭素年代の登場以前には、この化石林の年代はトゥークリークスで形成された堆積構造の周年変動（[[年縞]]）をスカンジナビアのものと比較することで調べられていた。それによって同定された年代は2万4千年から1万9千年の間で{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=34–37}}、その年代が、北米で[[ウィスコンシン氷期]]の氷河が最終的に後退して更新世が終わる前に行われた最後の氷河前進の時期を示すとされた{{sfn|Macdougall|2008|pp=94–95}}。1952年にリビーはトゥークリークスおよび周辺にある類似の発掘地2か所から採取した複数の試料の放射性炭素年代を報告した。平均11404 BP、標準偏差350年であった。放射性炭素年代に較正が必要であることがまだ理解されていなかったため、この値は未較正のものである。それから10年のうちに行われた再実験により平均の年代が11350 BPだと裏付けられた。最も正確だと思われるデータの平均は11600 BPを示していた。スカンジナビアの年縞を研究していた古植物学者{{仮リンク|エルンスト・アンテヴス|en|Ernst Antevs}}は初めその見解に抵抗していたが、やがてほかの地質学者から顧みられなくなった。1990年代にはAMSでの測定が行われ、（未較正で）11640 BPから11800 BPの年代が得られた。いずれも標準誤差は160年であった。それに続いてトゥークリークス化石林から採取された単一の試料を70カ所の研究所が測定するラボ間比較試験が行われた。年代の[[中央値]]は11788±8 BP（信頼水準2σ）であり、較正後の年代範囲は13730–13550 cal BPとなった{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=34–37}}。トゥークリークスの放射性炭素年代測定は更新世末北米における氷河活動の理解に決定的な役割を果たしたと評価されている{{sfn|Macdougall|2008|pp=94–95}}。

==== 死海文書 ====
[[ファイル:Great_Isaiah_Scroll_Ch53.jpg|サムネイル|死海文書の一つであるイザヤ書の一部。]]
1947年、[[死海]]周辺の洞窟から[[ヘブライ語]]と[[アラム語]]の文章が書かれた[[巻物]]が複数発見され、その多くは[[ユダヤ教]]の小宗派[[エッセネ派]]の手によると見られた。[[死海文書]]と呼ばれるようになったこれらの文書には、[[ヘブライ語聖書]]を構成する書物の知られている限りもっとも古い版が含まれており、[[聖書学|聖書テキストの研究]]に大きな意味を持っていた{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=38–42}}。リビーは文書の一つ{{仮リンク|イザヤ書 (死海文書1QIsaa)|en|Isaiah Scroll|label=イザヤ書}}を包んでいた[[リネン|亜麻布]]片を1955年に調査し、1917±200年の年代と見積もった{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=38–42}}{{sfn|Libby|1965|p=84}}。21編の文書に対しては書体に基づく[[古書体学]]的な年代分析が行われた。1990年代になって、それらの文書の一部が、古書体学の分析が行われていない文書とともに2か所のAMS研究所によって年代分析にかけられた。結果は紀元前4世紀前半から紀元後4世紀中盤までの範囲にわたった。2編を除くすべての文書が古書体学による推定から100年以内の年代範囲に収まった。イザヤ書も分析にかけられた中の一つだったが、信頼水準2σで真の年代が存在する可能性のある年代範囲は、較正曲線の形状が原因で二つに分かれた。紀元前355年から紀元前295年の範囲が確率15%、紀元前210年から紀元前45年の範囲が確率84%である。しかしこれらの結果は、AMS分析の前に文書を読みやすくするため現代の[[ひまし油]]が塗られていたことで批判を受けた。ひまし油の除去が不十分で年代が若い方にずれた可能性があるというのだった。この批判は複数の論文によって賛否が論じられている{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|pp=38–42}}。

=== 影響 ===
リビーの1949年の論文が『[[サイエンス]]』誌に掲載されて間もなく、世界中の大学で放射性炭素年代の研究所が設立され始めた。1950年代末にはその数は20か所以上になっていた。放射性炭素年代測定の分析結果には若干の矛盾が見られ、当時はその理由は分かっていなかったが、測定原理が妥当であることは短期間で明らかになった{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=288}}。

放射性炭素年代分析の発展は考古学に巨大な影響を与えた。その影響は「放射性炭素革命」と言われることが多い{{sfn|Taylor|1997|p=70}}。人類学者R・E・テイラーは「{{Chem|14|C}}年代データは地域的・地方的・大陸的な境界を超越する時間スケールを作り出すことで世界を包括する先史学を可能にした」と言った。[[層序学|層位学]]的もしくは[[型式学的研究法|型式学]]的（石器や陶磁器などの）な方法が主流だったころよりも正確に遺構内の年代分析ができるようになったほか、距離的に大きく離れた地点間の年代比較や年代同期<!-- synchronization -->が行えるようになった。放射性炭素年代測定ではデータ収集を正しく行うことで分析試料とほかの遺物の共伴関係を固めることができるので、放射性炭素年代の登場は考古学のフィールド調査技術を発展させたとも言える。ただしフィールド調査技術の向上は{{Chem|14|C}}年代データの妥当性を否定する試みの中で生まれてきた面もある。テイラーはまた、確定的な年代情報が得られるようになったことで考古学者は発掘物の年代決定に精力を傾ける必要がなくなり、研究における専門的な問題の幅が広がったとも言っている。例えば1970年代以降の考古学では人間行動の変遷を取り扱った研究が急増している{{sfn|Taylor|1987|pp=143–146}}。

放射性炭素が与えた年代決定の枠組みは、先史時代の欧州でイノベーションがどのように伝播したかについての定説に変化をもたらした。それまで学術研究者は、新しい概念は主として欧州内をゆっくりと拡散するか、侵略者が新しい文化を伝えることによって伝播してきたと考えていた。それらの説が多くの事例について放射性炭素年代によって否定され始めると、イノベーションが地域ごとに生まれることもあると考えなければならないことが明らかになってきた。これは「第二の放射性炭素革命」と呼ばれるようになった。考古学者{{仮リンク|リチャード・J・C・アトキンソン|en|Richard J. C. Atkinson|label=リチャード・アトキンソン}}は英国の先史学に対する放射性炭素年代測定の影響を「征服者による文化伝播説{{翻訳|invasionism}}という進行性疾患」への「抜本的な治療」と表現している{{sfn|Taylor|1987|pp=143–146}}。テイラーはまた、微小な試料でも正確な測定を行えるAMSの影響を、第三の放射性炭素革命につながりうるものだと言っている{{sfn|Taylor & Bar-Yosef (ed.)|2014|p=13|loc="Foreword" by Renfrew, Colin}}。より広い観点からは、放射性炭素年代測定の成功は考古学的データに対する分析的・統計的なアプローチへの関心を高める役も果たした{{sfn|Taylor|1987|pp=143–146}}。

一般に興味が持たれている物品に放射性炭素年代分析が行われることもある。[[キリストの磔刑|磔刑]]で死んだ[[イエス・キリスト]]の像を写し取った亜麻布だとされる[[聖骸布|トリノの聖骸布]]はその一例である。1988年に三カ所の独立した研究所によって行われた{{仮リンク|トリノ聖骸布の放射性炭素年代測定|en|Radiocarbon dating of the Shroud of Turin|label=聖骸布から取られた布片試料の年代分析}}の結果は14世紀の起源を示唆しており、1世紀の[[聖遺物]]としての真正性が疑われることになった<ref name="Currie_2004"/>。

考古学の年代測定に応用できる宇宙線由来の放射性同位体を炭素以外から探す研究もなされている。例としては[[ヘリウム3|{{Chem|3|He}}]]、[[ベリリウムの同位体|{{Chem|10|Be}}]]、[[ネオンの同位体|{{Chem|21|Ne}}]]、[[アルミニウムの同位体|{{Chem|26|Al}}]]、[[塩素の同位体|{{Chem|36|Cl}}]]がある。これらの同位体は1980年代に発展したAMSによって十分正確に計数することができ、主に岩石の年代測定に応用されている{{sfn|Walker|2005|pp=77–79}}。自然に存在する放射性同位体も年代測定に応用することが可能であり、[[カリウム-アルゴン法]]、[[アルゴン - アルゴン法|アルゴン-アルゴン法]]、[[ウラン-トリウム法]]のような手法がある{{sfn|Walker|2005|pp=57–77}}。そのほか考古学で用いられる年代測定手法には{{仮リンク|熱ルミネッセンス年代測定|en|Thermoluminescence dating|label=熱ルミネッセンス法}}、{{仮リンク|光励起ルミネッセンス年代測定|en|Optically stimulated luminescence|label=光励起ルミネッセンス法}}、[[電子スピン共鳴|電子スピン共鳴法]]、[[フィッショントラック法]]があり、また[[年輪年代学|年輪年代法]]や[[テフロクロノロジー]]、[[年縞]]年代法のように周年変化する縞や層を利用する手法も存在する{{sfn|Walker|2005|pp=93–162}}。

== 日本での実例 ==
日本の試料で初期に測定された例として、[[千葉市]][[花見川区]]朝日ケ丘町にある[[東京大学検見川総合運動場]]の落合遺跡で発掘された[[丸木舟]]がある。[[植物学]]者でハスの権威者でもある[[大賀一郎]]は丸木舟と同時にハスの果托が出土したことを知り、[[1951年]]3月3日から地元の小・中学生や一般市民などのボランティアの協力を得てこの[[遺跡]]の発掘調査を行った。そして、3月30日に出土したハスの実は育ち翌年の[[1952年]]7月18日にピンク色の大輪の花を咲かせ[[大賀ハス]]と命名された。また大賀は年代を明確にするため、ハスの実の上方層で発掘された丸木舟の[[カヤ]]の木の破片をシカゴ大学原子核研究所へ送り年代測定を依頼した。シカゴ大学のウィラード・リビーらによって放射性炭素年代測定が行われ、3075年 ±180年前のものとされた<ref>{{Cite journal|和書|author=髙橋統一 |date=2004 |title=縄文丸木舟覚え書-房総の諸事例から |url=http://id.nii.ac.jp/1060/00009377/ |journal=アジア文化研究所研究年報 |ISSN=0288-3325 |publisher=アジア文化研究所 |volume=39 |pages=1(132)-31(102) |naid=120006399740}}<br />{{Cite journal|和書|author=高橋統一 |date=2005 |title=「縄文丸木舟覚え書-房総の諸事例から」補遺 |url=http://id.nii.ac.jp/1060/00009366/ |journal=アジア文化研究所研究年報 |publisher=アジア文化研究所 |ISSN=1880-1714 |volume=40 |pages=25(52)-27(50) |naid=120006395663}}</ref>。

特筆すべきものとしては、[[1950年]]・[[1955年]]に調査された[[夏島貝塚]]の[[縄文時代]]早期の層から出土したカキ殻と[[木炭]]がある。1959年3月と6月に、[[ミシガン大学]]から[[杉原荘介]]に、炭素14年代法による年代値は、貝殻BP9450±400と木炭BP9240±500であったことが報告された<ref>{{Cite journal|和書|author=杉原荘介 |date=1962-03 |title=神奈川県夏島貝塚出土遺物の放射性炭素による年代決定 |url=https://hdl.handle.net/10291/12841 |journal=駿台史學 |ISSN=0562-5955 |publisher=駿台史学会 |volume=12 |pages=119-122}}</ref><br /><ref>{{Cite journal|和書|author=小林謙一 |year=2006 |title=縄紋時代研究における炭素14年代測定 |url=https://doi.org/10.15024/00001444 |journal=国立歴史民俗博物館研究報告 |ISSN=0286-7400 |publisher=国立歴史民俗博物館 |volume=133 |pages=51-70 |doi=10.15024/00001444 |naid=120005748566}}</ref>。この結果、縄文時代早期は9500年前と初めて測定され[[縄文土器]]が世界最古の土器文化である可能性が指摘された。これは日本の考古学者の多くを驚愕させた。また、測定を依頼した[[芹沢長介]]らと、大陸で出土した遺物の年代から3000年前と主張する[[山内清男]]との間で論争が起きている<ref>{{Cite journal|和書|author=小野田正樹 |date=2001 |title=縄文化の起源年代をめぐって : 山内清男・佐藤達夫両氏と,芹沢長介氏との間の「論争」は本当に決着したのか |url=https://doi.org/10.18924/00000325 |journal=基礎科学論集 : 教養課程紀要 |publisher=神奈川歯科大学 |volume=19 |pages=56-68 |doi=10.18924/00000325 |naid=110000467430}}</ref>。

青森県東津軽郡[[外ヶ浜町]]の[[大平山元I遺跡]]の縄文時代草創期の土器製作時期が、通説より4500年も古い（早い）1万6500年前と1999年4月に発表された。この実年代は、[[ワシントン大学 (ワシントン州)|ワシントン大学]]の[[Minze Stuiver|スタイヴァー]]らが炭素14年代を年輪年代や珊瑚年代を使って暦年に換算する国際校正曲線 (INTCAL 98) を使ったものである。また、[[弥生時代]]の開始期は通説では紀元前5 - 紀元前4世紀ごろであったが、2003年3月の[[国立歴史民俗博物館]]の発表では約500年古い（早い）約3000年前（紀元前10世紀終頃、つまり、九州北部の弥生時代早期が前949年 - 915年から、前期が前810年頃から、中期が前350年頃から、それぞれ始まった。）に遡る結果が出た。

その後国内独自の年代校正曲線が国際校正曲線と異なることが判明し、また土器等に付着する海水由来の塩分によるリザーバー効果により年代が実際より古く推定されることも判明したために、縄文時代の開始時期については依然として議論が続いている。

== 脚注 ==
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=== 注釈 ===
{{Notelist2|2}}

=== 出典 ===
{{Reflist|20em}}

=== 備考 ===
<!-- {{Academic peer reviewed}}テンプレートの日本語版への移入を待ちたい -->本記事の[[:special:permalink/92987310|2022年12月20日 (火) 15:11版]]の翻訳元である英語版Wikipediaの記事「[[:en:Radiocarbon dating|Radiocarbon dating]]」は2017年に [[wikiversity:WikiJournal_of_Science|WikiJournal of Science]] 誌に投稿され、外部の専門家による[[ピアレビュー]]を受けた（[[wikiversity:Talk:WikiJournal_of_Science/Radiocarbon_dating|レビュー結果]]）。修正を加えた版は2018年に[[creativecommons:by-sa/3.0/|CC-BY-SA-3.0]]ライセンスでWikipedia上で再度公開されている（[https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Radiocarbon_dating&action=history&date-range-to=2018-06-10 修正履歴]）。レビュー直後の版は以下の通り。
* {{Cite journal|author=Mike Christie; et al.|date=2018-06-01|title=Radiocarbon dating|url=https://upload.wikimedia.org/wikiversity/en/7/7b/Radiocarbon_dating.pdf|journal=WikiJournal of Science|volume=1|issue=1|page=6|DOI=10.15347/WJS/2018.006|ISSN=2470-6345|id={{Q|55120317}}}}

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== 関連項目 ==
* [[天文年代学]]
** [[地球の年齢]]
** [[宇宙の年齢]]

* [[年代測定]]、考古年代学
** [[絶対年代]]
** [[相対年代]]
** [[相 (考古学)]]
** [[共伴]]

* [[地質年代学]]
** [[地質時代|地質年代]]
** [[地史]]

* [[775年の宇宙線飛来]]

== 外部リンク ==
* [http://radon.ufg.uni-kiel.de/ RADON – database for European {{Chem|14|C}} dates]
* [https://historicengland.org.uk/images-books/publications/radiocarbon-dating-chronological-modelling/ Radiocarbon Dating and Chronological Modelling: Guidelines and Best Practice], [[ヒストリック・イングランド|Historic England]]

{{Chronology}}
{{考古学}}
{{Good article}}
{{DEFAULTSORT:ほうしやせいたんそねんたいそくてい}}
[[Category:放射能]]
[[Category:炭素の同位体]]
[[Category:保存と修復]]
[[Category:年代測定]]
[[Category:地質調査]]
[[Category:炭素]]
[[Category:アメリカ合衆国の発明]]