2024.09.27
ξ
匸P　　コーヒーブレイク　

　　　　　時を刻む湖
　　　　　　　7万枚の地層に挑んだ科学者たち

　　　　　　　　　　中川毅　著　　岩波科学ライブラリー242　2015.09.09
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　2012年7月14日早朝、筆者は水月湖畔の民宿で、オックスフォード大学のラムジー
教授から短いメールを受け取った。北アイルランドのベルファーストで開かれていた
国際会議で、水月湖の年縞がIntCal更新データとして採用されたとの知らせであった。
　IntCalとは、C14年代測定法で、C14含有量を暦年に換算する、キャリブレーション
(較正)モデルに使用する標準換算表の名称だ。この表の完成度が高まるほど考古学の
年代測定精度は高まる。今日では7万年前の試料が、±169年の誤差で測定できる。
　水月湖のデータが世界標準になって以後、各遺跡で発掘される遺物は、互いに矛盾
することなく、暦年を比較検討できるようになった。採用が決定した後、確認時間が
必要であったため、世界標準採用は2013年にずれ込み、IntCal13と名づけられた。
　今も水月湖の年縞は、IntCaL較正データの世界チャンピオンになっている。
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　C14年代測定法の推進者ポーラ・ライマー教授は、水月湖データによるIntCal改訂に
よって、本当に信頼できるキャリブレーションを達成する夢を追っていた。
　09年の改訂に採用されたカリアコ海盆データは、C14年代の測定限界＝5万年前まで
較正年代を伸ばしていた。カリブ海の南部ベネズエラ沿岸にあるカリアコ海盆は
深い穴で、内部は酸欠になっている。この地域には明瞭な雨期と乾期があり、一年の
区切りが明瞭に分かる堆積物がたまる。カリアコ海盆データは、後述する北川浩之の
SG93測定データを退けIntCal世界標準に採用され、2000年代初頭から2013年まで
15年間使われていた。有名なものとしては、西暦810頃、カリブ地方で、わずか
9年に6回の干ばつが襲う時期があった（雨期に流れこみ堆積するチタンの量が激減
していた)こと、それによって古典期マヤ文明が、急激に滅亡したことを突き止めた。
　だが海水のデータは、いわゆる深海由来のリザーバー効果を受ける問題があった。
　深海にリザーブされた数百年から数千年前の古い海水が、海流によって上昇し、
海水に溶けだすことがある。するとサンゴや海洋植物がこれを吸収し、同時代の
C14含有量と比べ大きな誤差が生じる。過去には400年の誤差が生じた例もある。
　09年改訂のカリアコ海盆の較正データは、このリザーバー効果を受けている。
　改訂のチャンスは、2012年7月に開催される世界放射性炭素会議の場であった。
　会議のメンバー間では、依然としてIntCal更新自体を不要とする論調が根強かった。
　水月湖のデータは、まだ論文にもなっておらず、現状のままではライマー教授が
難しい立場に立たされるのは明らかであった。改訂を提案するためには、専門誌での
論文掲載が必須であった。ライマー教授は、この大役をラムジー教授に依頼した。
　ラムジー教授は、2012年3月の最終ミーティングのあと、ただちに論文執筆に
とりかかった。6月11日深夜、初稿が完成し、ブリーフィングを経て、6月27日夕刻、
サイエンス誌への投稿を果たした。正式な受理は6月28日であった。
　7月6日に始まった会議で、ラムジー教授は水月湖のデータを紹介し、IntCalの主要な
構成要素に採用するよう提案した。IntCalグループは全会一致でこの提案を支持した。
　このあと総会に出席した大半の人々は、水月湖のSG06コアデータを初めて見た。
　圧倒的な完成形データの精度は、誰の目にも、反対者にさえ、明らかであった。
　ラムジー教授は、別次元の高品質さを達成した水月湖データを、IntCalに採用する
ことは、更新による弊害よりも、学会として理想を追求することになると、簡潔に、
しかし情熱的に語った。筆者にメールをくれたのは採用が決定した直後であった。
(C14年代測定法の欠陥克復)　
　C14年代測定法は、次の4つの安定条件をクリアしていなければならなかった。
　①地球の大気はたえず攪拌されていて、C14は全世界の大気で均一に存在する。
　②陸上の植物は、種類が違っても、同じ時代のC14を同じように吸収している。
　③C14の半減期は変化しない。
　④大気中のC14の濃度は時代によらず一定である。
　これら４つの安定条件のうち、①と②はクリアされていた。
　一旦植物が取り込んだC14は、ベータ線を放出しながらC12、C13に変化し安定する。
　現在残っているC14の比率を調べれば、植物がC14を取り込んだ時を測定できる。
　３つめの安定条件、③C14の半減期は変化しないことも確かであった。
　C14年代測定法の提唱者、シカゴ大学のウィラード・リビーは、1950年代初頭に、
C14の半減期を5570年と発表した。それから10年後、オックスフォード大学のチームが
改めて測定したところ、正確には5730年であることが分かった。だがすでに10年も
使われた数値を修正すると返って混乱を生ずるとの意見が強く、改訂はされなかった。
　地球の大気中にあるC14は、5730年で1/2、11460年で1/4、22920年で1/8、45840年で
1/16に減少する。大気中のC14含有量は極めて微量なので、1/16が測定限界になる。
　４つめの条件、④大気中のC14の濃度は時代によらず一定であるは、実は不正確で、
キャリブレーション(較正)表で暦年に置き換える必要があった。
　C14は、宇宙からやってくる放射線が、大気中の窒素と反応して生まれる。
　地球を包む磁気シールドの状態は変化するので、大気圏に到達する放射線量も
時代によって変化し、C14の濃度、残存量も影響を受ける。また地球付近で超新星が
爆発すると一時的に強い値を示す。今より40%も多い時期もあった。
　C14残存量データを正確な暦年に較正する試みは、1986年、ワシントン大学のミンツ・
スタイバー教授が始めた。先のライマー教授はその後継者であった。
　個別の年ごとに、C14濃度を補正するキャリブレーション表があればこの問題は
解決する。樹木の年輪は読み取り易く、誤差0であり、最初に較正表に採用された。
(年輪の限界)
　樹木には、樹齢があるので長くても4000年程度の年輪しか得られない。
　もっと古い時代の年輪は、氷河が運んでくる古代の埋もれ木によって補完できる。
　しかし植物が成育するには温暖な気候が必要だ。直近の氷河期は1万1700年前に
突如終わっており、埋もれ木の年輪は、これを少し越える1万2550年前が最長だ。
　さらに古い埋もれ木が緯度の低い地域にあったとしても、氷河地帯に比べて保存
状態は悪いはずで、今後の新発見は困難と見られている。5万年となると絶望的だ。
　長い期間蓄積された炭素としては、鍾乳洞に静かに積み重なる鍾乳石がある。
　大気中にあるので年代測定には最適な素材だが、不純物は皆無に近い。
　一方水月湖に蓄積された泥土には、植物の葉っぱ、花粉、火山灰、黄砂まである。
　日本列島に飛んできた黄砂が、ゴビ砂漠由来のものかタクラマカン砂漠由来の
ものかで、偏西風が上下動した時期が分かる。
　ラムジー教授は、ベイズ統計モデルという数学的な手法を用いて、C14年代測定の
誤差を劇的に小さくしたことで世界に知られていた。この手法で、年輪では届かない
時代の補完データを計算するために、2000年代に登場した鍾乳石データを採用した。
　鍾乳石には微量のウランが含まれており、ウラン・トリウム法によって絶対年代を
決定できる。ウランが崩壊しトリウムに変化した量を測定する方法だ。
　サンゴには海洋のリザーバー効果問題があるが、鍾乳石は大気中で形成されるので、
その心配はない。だが鍾乳石の炭素も、もとはサンゴが隆起したものなので、海水の
リザーバー効果を受け、その影響度は最大400年程度と分かっていた。従って、
鍾乳石が受けた影響範囲を仮定すれば、補正計算に使うことができる。
　ラムジー教授は、時代によって変動する石灰岩の影響について、その上限を現在の
観測値の200%、下限を0と仮定し、平坦な確率密度関数によって偏りをなくした。
　キャリブレーション用のデータセットは、バハマと中国の鍾乳石データを使った。
(ふたりの若者)
　ドイツのポツダム地質学研究所のゴードンと、イギリスのウェールズ西海岸、
アベリストウィス大学のマイケルは、互いに離れた場所で、4年の歳月をかけ、
水月湖の年縞を数えあげた。ゴードンは顕微鏡、マイケルは蛍光X線スキャナーを使い、
1日に何度も綿密な情報交換をしながら、厚さ0.7ミリしかない年縞7万枚を数え切った。
　彼らによるSG06の縞数えは、鍾乳石の絶対年代と本質的に矛盾していなかった。
　ラムジー教授が鍾乳石データを制約条件に用いたことで、水月湖のデータは1万年で
±29年、4万年で±98年の精度を示した。難しい5万年前も±169年という驚異的な
精度であった。ふたりの若者は、4年ものあいだ、水月湖で採取した完全なコア
45メートルから、極めて薄い年縞を見つけては、その数をひたすら数え続けた。
　ぼやけて読み取れない部分は、誠実にそのまま記録した。この主観を挟まない誠実な
縞数えは、年縞を重ねていく毎に誤差を拡大し、最終的な誤差は10%近くになった。
　このままでは使えないレベルであったが、ラムジー教授のOxCal2プログラムは、
ハングすることなく、鍾乳石の絶対年代と突合する長時間の計算を実行した。ふたりの
若者が、ぼやけた部分を誠実に残したことが、返って正確な補完を可能にした。
（水月湖の年縞)
　三方五湖は、若狭湾に伸びる常神岬の付け根にある。５つの湖のうち、水月湖は
一番大きい。国道から三方湖の湖畔を、カーブしながら北西に入っていくと、周囲を
山に囲まれた穏やかな水面の風景がどこまでも続く。水月湖はその先にある。
　水月湖は、北側に日向(ひるが）湖があるので、海からの影響を受けない。
　日向湖から時計回りに、久々子(くぐし)湖、菅湖、三方湖があって、水月湖を守るように
周囲を包んでいる。水月湖に直接注ぎ込む川はなく、各湖と細い水路でつながっている。
　長い間、地球気候が氷期にあったお陰で、水温4度という、水が最も重い状態が
続いた。そのため上層面の酸素を含む水は湖底に沈まず、ずっと酸欠状態が保たれた。
　酸欠の湖底は、ありがたいことに、みみずが穴を掘ったり動物がかき乱すことがない。
　この環境で、積もり続けた年縞層に、葉っぱや花粉が、7万年間、無傷で保存された。
　三方湖のほとりに、若狭三方縄文博物館と名づけられた鳥浜貝塚遺跡がある。
　近年、隣接する敷地に年縞博物館が開設された。水月湖の年縞発見は、鳥浜貝塚の
気象を解明する研究から派生したもので、最初のボーリングは三方湖で始められた。
　鳥浜貝塚は1962年に発見され、1985年までの発掘調査で、大型の丸木舟、漆製品、
住居跡、動物の骨などが見つかっている。縄文の遺物は、泥土のなかで1万年間、
無酸素状態のまま、朽ちることなく保存されていた。縄文のタイムカプセルと呼ばれ
一世を風靡した鳥浜貝塚は、縄文時代の暮らしの新常識を私たちに与えてくれた。
　水月湖は、緯度北緯35度30分、東経135度55分の位置にある。グリーンランドや
南極ではなく、中緯度のデータが、7万年も連続して手に入る点が非常に優れている。
(完全なコア取得)
　1993年に採取したSG93水月湖ボーリングコアは、ところどころ取り切れていない
部分があって不連続であった。１メートルのパイプを使い、45メートルの深さまで、
7万年分、連続したコアを採取することは、実は想像を絶する難題だった。
　水月湖には、大型船を入れることが出来ず、小型の掘削機材を、2トントラックで
運び込むのがやっとであった。大雨の増水で水面の高さが変化することもあった。
　北川浩之が98年にIntCalに提出したデータは、採用を見送られたが、その調査の
正確性は文句なく最高品質であった。いかんせん93年に採取したコアそのものに欠落が
あったことが敗因で、その欠落発生理由は、10年後の作業過程で明らかになった。
　従来は10メートル掘削して9.7メートル分のコアを回収できれば、欠落は3%と見積も
られていた。しかし重複したコアを順番に並べていくと、10メートルの掘削孔から
得られるコアの長さはおよそ10.3メートルになる。それまで地中でかかっていた
圧力から解放され、泥土自体が数パーセント伸びるためだ。10.3メートルのコアは、
実際は9.7メートル分で、欠落は6%近くになる。10年前は手探り状態で、採取した土が
伸びることに気付けなかった。そのため、完全なコアを得ることに失敗した。
　もし再挑戦の夢が叶い、完全なコアを取り出して、新たなコアの年縞を読み切り、
連続した7万年のIntCal較正表が完成すれば、考古学に果たす役割は計り知れない。
　今回は完全を期して、ポツダム地質学研究所の、年縞研究グループリーター、
アヒム・ブラウアー博士に仕事のアドバイザーをしてもらった。若い研究者たちは、
彼の指導を受け、緻密で正確な縞数えに心血を注いでくれた。
(北川浩之データの復活)
　英国から日本に来ていたリチャードは、2006年の採取コアから1200枚以上の葉っぱ
標本を拾いあげたが、測定に耐えるサイズを確保できたのは、そのうち515枚であった。
　これでも少なくはないが、圧倒的な説得力を得るには、まだ量が不足していた。
　北川のSG93は、不連続ながら正確な調査結果を残していた。SG93と調査中のSG06
コアを突き合わせて位置を特定できれば、水月湖データセットに含めることができる。
　幸いなことに、北川はおよそ300枚の葉っぱのデータとともに、93年に採取した
SG93現物を丁寧にラップして名古屋大学北川研究室に保管していた。
　2010年の春、リチャードは名古屋に2週間滞在し、ラップされた年縞をすべて
チェックした。北川データは復活し、水月湖の葉っぱの数は合わせて800枚を越えた。
　2006年に採取された年縞堆積物のボーリング試料は、掘削を4回繰り返して得た、
全く欠損のない15万年分のコアデータだ。掘削孔Aと、Bは、全長73メートルほどで、
Bは、Aで採取仕切れなかった30メートルより深い部分の隙間を埋める。
　掘削孔Cは、53メートルまで掘削し、A、B両方で採取仕切れなかった微妙な間隙を
埋め、最後の掘削孔Dは、7メートルまでの比較的浅い年代の層を補完している。
　見れば見るほど、優れた職人技が感じられる、完全コア標本だ。
　水月湖は実はずっと淡水湖だった。江戸時代に人間が掘削して海とつながったので
軽い海水によって上層面にふたをした状態になり、湖底の酸欠状態が保たれている。
　水深は現在40メートルほどで、沈殿物が積もり続けているが、浅くなることはない。
　その理由は、水月湖の湖底が、ほんの少しづつ沈下しているためだ。
　20万年前の地殻変動で、三方断層が真横を縦に走り、この断層の東側はゆっくりと
せり上がり、水月湖のある西側はゆっくり下降している。沈下速度はまさに絶妙で、
1年に1mm、1万年で10メートルだ。湖底はゆっくりとしたペースで深くなり、そこに
1年に1枚、沈殿物地層＝年縞が増えていく。年縞の厚さは約0.7mmだが、1万年も
経つと７メートルにもなる。もし湖底が沈下せず、沈殿層だけが増え続ければ、
水月湖は次第に浅くなり、干上がっていたかもしれない。
(グリーンランドの氷床)
　グリーンランド中央部にある氷床は、厚さ3Kmに及び、古代から降り積もった雪が
微量の不純物を含んで固く押し固められている。この厚い氷床をボーリングして
長い氷柱を採取すれば、過去の気候変動の様子を連続的に調べられる。
　デンマークのニールスボーア研究所を中心とするグループは、1960年代から、この
研究を始め、グリーンランドの過去6万年に及ぶ気候変動データを復元した。
　これを見ると、6万年前から17回、急激な温暖化イベントが起きている。だが直近の
1万1600年は、過去の温暖化ピークより高い温暖状態が、安定して続いている。
　過去17回のイベントは、D-O(ダンスガード=オシュガー)イベントと呼ばれるが、
大規模なD-Oイベントは4～5000年に一度の割合で起きている。
　1万1600年前のD-Oイベントは、ほんの数年か、長くても数10年ほどの間に気温が
7度も上昇するという、とんでもなく急激な変化であった。
　1万4700年前には、さらに大規模な温暖化事件があった。
　大規模なD-Oイベントは北半球で氷床崩壊が起きたために発生している。
　過去80万年、17回のD-Oイベントは、いずれも鋭く尖ったノコギリの歯に似た形を
していて、温暖化がなだらかではなく、急激な事件であったことを示している。
　地球が太陽の周囲を回る公転軌道は、離心率0.01～0.05で、真円に近いゆるやかな
楕円軌道が、10万年サイクルで伸び縮みしている。ミランコビッチサイクルというが、
氷期の発生サイクルと見事に一致する。また地球が自転する地軸は、公転面から少し、
23.5度傾いて、みそすり運動をしている。駒の軸は、2万3000年間で1回転する。
　これはもうひとつのミランコビッチ理論サイクルで「歳差運動周期」という。
　北半球の表面が太陽に対して垂直に近くなると、太陽光を浴びる量が最大となり
温暖期に入る。逆に反対側に回ると氷期になる。温暖期を過ぎて、1万1500年後には
氷期がくる。南極の氷床データも80万年間、この規則的な振幅を繰り返している。
　だが直近の温暖化ピークは、1万1600年前で、現在は氷期に向かう時期なのだが、
不思議なことに、今はずっと温暖化状態で、寒暖の変化量が少なく安定している。
　最後の氷期が終わったあと、地球上で一体何が起きていたのか？
　グリーンランドの氷床に刻まれた気候変動グラフは、8000年前から温暖化を継続し、
過去にはない小幅のギザギザが続いている。最初は何かの間違いではないかと疑った。
　この温暖化は、人類が森林を伐採し、農耕を始めた頃と同期している。そして
氷期が終わった頃、50万～100万人だった人類は、現在70億人に増加している。
　「人類と気候の10万年史　～過去に何が起きたのか、これから何が起こるのか～」
(講談社ブルーバックス、2017年2月20日)で、同じ著者は、将来100億人に増える人類は
脳細胞の数と等しくなるが、頭脳の神経細胞のように人が繋がるネットワークが
築かれ、問題の解決に向かうだろうと楽観視している。それはともかく、あとがきに
この本が紹介されていたので、一気に引き寄せられたという分けだ。
　2015年5月、水月湖畔に集まったSG06プロジェクトチーム20人の集合写真があった。
　ゴードン、マイケル、リチャード、ラムジー教授、ブラウアー博士、筆者らが、
笑顔で写っている。近未来、世界中の人が繋がるネットワークを見るようだった。
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　水月湖は、7万年の年縞を保存するために生まれたような、奇跡の湖だった。