[Q&A広場#011]岩石の年代はどのように調べているの？

ちーがくん

はかせ！今日はこんな質問をいただきました！

質問内容

質問No.11 質問者：教員やす先生

岩石の年代はどのようにして調べているのですか？

ちーがくん

確かに博物館や資料集の岩石には「今から○年前の岩石」などと書かれていますが、どうやって調べているのか、すごく気になります！

はかせ

いい質問じゃ！
岩石の年代を調べるためには「放射性同位体」を利用した方法がよく使われるんじゃよ。

ちーがくん

え？放射性同位体？
なんですかそれ？

Contents

放射性同位体とは？
放射性同位体を使った岩石の年代測定
- カリウム-アルゴン法
- ウラン-鉛（U-Pb）法
まとめ

放射性同位体とは？

はかせ

放射性同位体について説明するために、まず原子について簡単に説明するぞ。
原子は、中心にある原子核とその周囲に存在する電子から構成されておる。原子核は陽子と中性子から成り立っていて、陽子の数が元素の種類を決めるんじゃ。

ちーがくん

中学の理科や高校の化学基礎で勉強しました！

はかせ

そうじゃな。しかし同じ元素であっても完全に同じというわけではなく、中性子の数が異なることで、原子の重さがわずかに異なるものがあるんじゃよ。
これを「同位体」と呼ぶんじゃ。

ちーがくん

なるほど！同じ元素でも、中性子の数の違いで原子の重さがわずかに違う、それが同位体なんですね！

はかせ

そういうことじゃ。同位体には安定なものと不安定なものがあり、不安定な同位体は時間の経過とともに放射線を出して別の元素に変化するんじゃよ。
このような同位体を「放射性同位体」と呼ぶぞ。

ちーがくん

同位体の中でも不安定なものは、時間経過とともに放射線を出して別の元素に変化してしまうんだ！これが放射性同位体なんですね！

放射性同位体を使った岩石の年代測定

はかせ

放射性同位体を使うことで、岩石がいつ形成されたのかを知ることができるんじゃ。
主に以下の方法があるぞ！

ー岩石の年代はどのように調べる？ー

放射性同位体を利用した年代測定法

カリウム-アルゴン（K-Ar）法
- 利用する放射性同位体: カリウム40
- 変化先: アルゴン40
ウラン-鉛（U-Pb）法
- 利用する放射性同位体: ジルコン中のウラン
- 変化先: 鉛

ちーがくん

カリウム-アルゴン法にウラン-鉛法？
なんか難しそうですが、解説お願いします！

カリウム-アルゴン法

はかせ

カリウム-アルゴン（K-Ar）法は、岩石中に含まれるカリウム（K）という元素の放射性同位体を使った年代測定方法じゃ。
具体的には、放射性同位体のカリウム40（40K）が時間の経過とともにアルゴン40（40Ar）に変化する性質を利用するんじゃ。

ちーがくん

なるほど！
ということは、カリウムからアルゴンに変化する速度は決まっているいうことですか？

はかせ

そういうことじゃ。放射性同位体が別の元素に変わる速さは一定で、ある放射性同位体の量が半減するまでの時間は「半減期」と呼ばれているぞ。
例えばカリウム40の半減期は約12.5億年じゃ。これは、カリウム40の量が12.5億年後には半分に減ることを意味するんじゃよ。

ちーがくん

イメージ湧いてきました！
ということは、岩石中のカリウム40とアルゴン40の割合を測定することができれば、半減期を使って計算することで、岩石ができた時期を知ることができそうですね！

ウラン-鉛（U-Pb）法

はかせ

ウラン-鉛（U-Pb）法も基本的な考え方は先ほどのカリウム-アルゴン法と同じじゃ。
ウラン-鉛法が特徴的なのは、ジルコンという鉱物を利用しているということじゃ。

ちーがくん

ジルコンにはどんな特徴があるのですか？

はかせ

ジルコンにはウランが多く含まれており、形成時には鉛をほとんど含まないんじゃ。
このウラン-鉛法は、ジルコンに含まれるウランが鉛に変化していくという性質を利用したものなんじゃよ。

ちーがくん

なるほど！ジルコン形成時に鉛をほとんど含まないということは、ジルコン中の鉛の割合を測定して半減期を基に計算すれば、年代測定ができるってことですね！

はかせ

まさにその通りじゃ。ジルコンを使うと、形成時には鉛がほとんど含まれないため、正確に測定できるというわけなんじゃ。

まとめ

はかせ

今回は、岩石の年代を調べる方法について学んだぞ。放射性同位体を利用した年代測定法、カリウム-アルゴン（K-Ar）法やウラン-鉛（U-Pb）法などによって、岩石の年代を調べることができるんじゃ。
放射性同位体を使った年代測定法は今回挙げたもの以外にもまだまだあるので、ぜひ調べてみてくれ！

ちーがくん

放射性同位体を使った測定で地球の過去のことが分かってしまうなんてすごいですね！僕たちが地球の過去を知れているのは、このような精密な測定のおかげだと知ることができました！
はかせ！今日もありがとうございました！

最後までお読みいただき、ありがとうございました！