ノート

1.C１４分析　このホームページでは、質量14の炭素をC14と書くことにします（厳密には化学では ¹⁴Ｃが正しいですが）

• 炭素（原子記号 Ｃ）には質量の異なる原子（同位体と言います）が主として３種類あります。（このページでは、元素記号の後に質量を書くことによって、同位体を区別します｡）一番多いのがＣ１2。微量ですが、Ｃ１3とＣ１４があります。Ｃ１２の原子核は陽子６個と中性子６個で作られています。Ｃ１3とＣ１４の原子核は中性子の数が各々７個、8個です。
  原子は原子核と電子からできています。原子核はプラスの電気を持っていて、電子はマイナスの電気を持っています。電子は、原子核の周りを回っています。回っていますが、どこにいるかはっきり決められません。「この範囲にいる可能性が高い」と言える場所を軌道と言っています。惑星の軌道は楕円形ですが、一番単純な電子の軌道は球です。いろんな形の軌道があります。鉄アレイのような形や、十字ブーメランのような形や、アレイとドーナッツがいっしょになったような形の軌道があります。
  原子核は陽子と呼ばれるプラスの電気を持っている粒子と、中性子と呼ばれる電気を持たない粒子からなります。原子番号１の水素（Ｈ）は陽子1つからなるＨ１を一番多く含みます。水素には重水素（Ｈ２）、三重水素（Ｈ３）も少量あります。各々中性子を１個、２個含みます。
  重水素は飛び交うアルファ線や中性子のスピードを遅くする性質を持っています。そこで、原子爆弾や原子力発電所で使われます。第２次世界大戦までは重水素を製造する大きな工場はオランダ（ベルギー？）にしかありませんでした｡米国はドイツが原爆を作ることを恐れました。ドイツが原爆を作ったら、戦争はどうなるかわからないと考えました｡この工場をドイツに渡さないため、大作戦を行いました｡それがノルマンジー大作戦です。映画では戦争の勇ましさ、悲惨さを観客に見せますが、なぜそんなことをやらなければならなかったか　を考えなければなりません｡歴史を勉強する時も、なぜかを考えてください。
  原子番号２の元素はヘリウム（Ｈｅ）です。ヘリウムは陽子が２つ、中性子が２つの同位体が主です。ここでちょっと考えてみましょう。陽子はプラスの電気を持つ粒子です。２つの陽子がなぜ原子核の中にいるのでしょう。静電気の性質や、磁石の性質を調べると、プラスとプラスは反発します。Ｎ極とＮ極は反発します。なぜヘリウムの原子核の中に陽子が２つあるのでしょう｡接着剤の働きをしているのが中性子であり、中間子です｡原子番号が大きい元素、陽子の個数が多い元素ほど接着剤の中性子が多く必要です。
  
• Ｃ１３は陽子+中性子の和の数が奇数であるため、磁石の性質を持っています。磁性の測定はごく微量でもできるので、化学分析（ＮＭＲ）や内臓／脳の診断（ＭＲＩ）に利用されます。一方Ｃ１４は放射性を持っています。放射能の測定もごく微量でできます（加速器質量分析の場合、0.1〜数mgで測定できます）。放射性とは原子核が一定の速度で自然に分解する性質です。
  Ｃ１４は時間がたつだけで一定速度で分解します。５7３０年たつとＣ１４の量は半分になります。更に５7３０年たつとその半分、最初に比べると1/4になります。量が半分になる時間のことを「半減期」と言います。温度や圧力に無関係に分解します。炭素がどんな化合物を作っていても、半減期は一定です。
  
• C14分析では、数百年〜６万年の範囲で年代を測定することができます。

• もし空気中にある炭素（二酸化炭素）のＣ１２とＣ１４の割合が一定であるとすると、炭水同化作用で植物に取り込まれた炭素のＣ１２とＣ１４の割合を測定すれば、その植物（木）が何年前のものか判ります。土器の場合、たきぎを燃やした時に付着した炭素や、土器が出土した同一の地層にあった木片、こびりついた食べ物の分析が行なわれますが、各々間違いが起こる可能性を持っています。慎重に絶対年を決定するためには、ルミネッセンス測定方法などが併用されます。
  植物は光合成と呼ばれる反応で、空気中の二酸化炭素と根から吸い込んだ水とを反応（炭水同化作用）させて糖類を作り、それをつなぎ合わせてセルロースと言う繊維の元を作ります。木を燃やすとすすが出たり、炭になります。それらの黒いものは炭素です｡その炭素は、木が育った空気の二酸化炭素からできたのです｡ですから、空気中の二酸化炭素のＣ１２とＣ１４の比率が一定だとすると、すすや炭の炭素中のＣ１２とＣ１４の比率を測定すれば、すすや炭は何年前の物かがわかります。
  さて、植物はどのようにして二酸化炭素と水から有機物である糖類を作るのでしょう。葉緑体という光エネルギーを用いて合成を行う装置を植物は進化の過程で手に入れました｡この光化学合成装置のおかげで、栄養源／道具の材料となる植物が繁殖したため、地球上に動物も増えました｡
  
• １０年くらい前（？考古学は専門ではないのではっきりした年数は判りません）までは単純にＣ１４の割合を測定することで、何年前の物か決定していました。仮定は正しいと、信じて測定データを信じていました｡しかし、今は、補正（Calibration）が加えられています。仮定として、「もし空気中にある炭素のＣ１２とＣ１４の割合が一定であるとすると」と書きましたが、変動していることが判りました。例えば、何千年もの樹齢の木を測定して、年輪を数え、Ｃ１４測定値を照合して、補正するための式を作ります。この補正方法は、「この仮定が本当に正しいのだろうか」と疑問を持った人が作りました｡「なぜかな」と思う心が、文明を発展させました。
  何らかの原因で湖の底に１年ごとに年輪のような層ができることがあります。この層数を数え、層に含まれる植物の炭素を分析を行うことにより、補正式を作る場合もあります｡
  
  

  なぜC14は一定？ 　　C14は5730年で半分になると言っているのに、大気中のCO2中のC14は一定と書いてあるのは、おかしいと思いませんか｡　なくなる分だけどこかで作られているのです｡　それは、空の高い所の話です。　空気中には窒素があります。　この窒素に宇宙線が当たると、C14が出来ます。 　　　　　　　Ｎ14（陽子＝7、中性子＝7）　→　Ｃ14（陽子＝6、中性子＝8） C14は5730年で半分になると言っているが、何になる？ 　　C14は自然に放射線（β線）を出して、Ｎ14になります。　　5730年で量が半分になります。 　　　　　　　Ｃ14（陽子＝6、中性子＝8）　→　Ｎ14（陽子＝7、中性子＝7）

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2.C／N分析　

• 炭素（原子記号 Ｃ）には質量の異なる原子（同位体と言います）が主として３種類あります。（このページでは、元素記号の後に質量を書くことによって、同位体を区別します｡）一番多いのがＣ１2。微量ですが、Ｃ１3とＣ１４があります。Ｃ１２の原子核は陽子６個と中性子６個で作られています。Ｃ１3とＣ１４の原子核は中性子の数が各々７個、8個です。
  
• 窒素（原子記号Ｎ）も炭素と同じです｡主となるのがＮ１４ですが、Ｎ１５もあります｡
  
• タンパク質は、炭素/窒素/水素/酸素の原子からできている分子です｡動物性タンパク質は種類によって、Ｃ13/Ｃ12とＮ15/Ｎ14の各々の値と両者の比率が異なります。シカの肉とオオカミの肉、アシカの肉、イワシの身では炭素と窒素の比率が異なります｡
• 植物もタンパクを含んでいます｡植物性タンパク質も、植物の種類によって、Ｃ13/Ｃ12とＮ15/Ｎ14の各々の値と両者の比率が異なります｡
  
• 縄文人の骨髄（コラーゲン）のＣ13/Ｃ12とＮ15/Ｎ14の各々の値と両者の比率を質量分析で測定することによって、その縄文人がどのようなものを食べていたかが判ります｡

具体的には、次の値を Ｘ軸と Ｙ軸にとって各々の値と両者の比率をグラフにプロットして判断します。

　δＣ 13（‰） ＝ （Ｃ13／Ｃ12 測定値 - Ｃ13／Ｃ12標準）／（Ｃ13／Ｃ12標準）×1000

　δＮ 15（‰） ＝ （Ｎ15／Ｎ14 測定値 - Ｎ15／Ｎ14標準）／（Ｎ15／Ｎ14標準）×1000

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3.塩の製造

• 製塩方法
  

  １．塩湖	乾燥地帯にある海に出口のない湖で、水が蒸発して塩分が濃縮されます。→　死海 濃度の高い塩水から塩を製造します｡
  ２．岩塩	塩湖が化石化したものです｡多くの岩塩は約２億年前、恐竜の時代にできました｡石炭のように、坑道を掘って採掘します｡露天堀の場合もあります。欧州の場合、食用に使用される塩はほとんど岩石です。そのままではなく、精製して食用にします｡
  ３．塩井	地層に塩水がある場合、又は岩塩層に水を注入し､塩水をくみ上げて加熱し､塩を作ります｡
  ４．天日塩	海水を蒸発池に導き、太陽光の熱で水分を蒸発させて濃縮し、結晶池で更に濃縮して食塩を作ります｡メキシコやオーストラリアではこの方法で塩を作っています｡製造設備の大きさは、日本の小さい県１つくらいの大きさです｡
  ５．イオン交換膜	水槽に、＋のイオン(Na+)だけを通すイオン交換膜と、−のイオン(Cl-)だけを通すイオン交換膜で囲まれた入れ物をいくつも入れます。この水槽に、海水を入れて、電流を通すと、イオン交換膜で囲まれた入れ物の中の塩(NaCl)の濃度は高くなり､その他の部分は塩の濃度が低くなります． �@塩の濃度が高いものから塩を作ります。現在、日本の製塩方法はほとんどこれです。 �A塩の濃度が低いものから飲料水を作ります。砂漠地帯では飲料水の方が重要です。
  縄文時代に行われた製塩方法は、上記の天日方法に近いものです｡製造方法は下記のようだと想像します｡ �@濃縮工程：塩田（砂、海藻を担体とする）に海水を散布して粗塩を作り、再度溶かして高濃度塩水を得る。又は、流水方法、小規模濃縮槽で高濃度塩水を得る｡ �A高濃度塩水を加熱又は自然蒸発させて、ＮａＣｌの結晶を得る。 �B結晶化したＮａＣｌを主成分とする塩を焼く。 �C場合によったら2〜3年寝かせる。 　上記の製造方法で、問題点がいくつかあります｡ �@結晶化工程で、ＮａＣｌの純分を上げるには、収率を下げればいいのですが､ミネラル分やヨー素分がなくなり､健康食品になりません｡収率が低く、作るのが大変です｡ �A収率を上げると、ＭｇＣｌ2の含有率が上がり､苦味が強くなるだけでなく、潮解性（吸水性が高く、べたべたになりやすい）が高くなります｡また、土器で煮つめる度合いを上げると、土器が壊れやすくなります｡ ・・・・・と想像します｡ 万葉集には塩製造方法をあらわす言葉として、「藻塩焼く」を使用しています。単純に海藻を焼いて塩を得る方法と書いている本もありますが、海藻（海草）を用いて塩水の濃度を上げる方法をしたと想像します。 「藻塩焼く」には「スガモ」や「エビアマモ」のような海草が使用されたと言われています。この海草は銚子以北に生育している”海草”です。縄文晩期の気候が現在と大きく異ならないない場合、茨城県、宮城県で製塩が盛況であったのは、「スガモ」と「エビアマモ」が生育する地域と関連しています。・・・ 2001/12/16、千葉県立中央博物館・ミュージアムトーク「千葉県の海藻」、講師 千原光雄館長 の質問時間の話。

• 塩生産、輸入量　　 　2001年 需給見通し（財務省）
  　国内生産：130　万ｔ
  　輸　入　：　761　万ｔ　　　　　　　　　　オーストラリア、メキシコ　（両国とも天日塩）
• 塩の用途　　 　　2001年　見通し（財務省）
  ソーダ工業用　：　712　万ｔ　　　←　電気分解で苛性ソーダと塩素を作ります。工業製品の原料として重要です。
  業　務　用　　　：　153　　　　　　←　食品工業用及び家畜飼料用、牛は塩が好きです。
  家　庭　用　　　：　　26　 　　　　 ←　年々減少しています。
• 海水の組成　　　（海水の塩濃度　=　3.5％）　　 　　1995年（縄文時代もほぼ同じ）
  塩化ナトリウム　　：　　78％　　　　　　硫酸カルシウム　：　4％
  塩化マグネシウム　：　10％　　　　　　塩化カリウム　　　：　2％
  硫酸マグネシウム　：　　6％　　　　　　その他　（金、ウラン等）
  
• 人間の栄養としての塩
  
  1. 消化液
     人間の体の中では面白い合成が行われています。
     胃液は塩酸（ＨＣｌ）が主成分です。食塩の主成分であるＮａＣｌのＣｌから体の中で作られます。
     小腸では苛性ソーダ（ＮａＯＨ）が消化液として使われます。これもＮａＣｌから作られます。
  2. 血液を安定させる
     血液は約1％のＮａＣｌを含んでいます｡このＮａＣｌは緩衝剤として働いています｡怪我や病気、有害物質が体内に混入した時に、血液のｐＨが大きく変化することを防いでいます｡
     血液のｐＨが８以上になったり、７以下になると、人間は生きていけません｡血液のｐＨを７〜８の間に維持するために、適度な塩の摂取が必要です｡
  3. 神経伝達
     人体は、神経を通じてどういう状態か感知し（五感）、神経を通じて筋肉を動かして対応しています｡水分が多い人体の中では、神経の伝達に、イオンが必要です｡ＮａＣｌはイオンの供給源として重要です。
  4. 精神バランス（調査未完：長期間未完の見込み）

　最近は、塩が食べ物に大量に使われるため､悪玉になっていますが､塩は健康管理の上で、きわめて重要な要素です｡人間の体を維持するのに塩は必要ですし､神経にも。精神的にも必須な要素です｡　現在、誰もが塩はあってあたりまえのものと思っています。　それではいけません｡
　塩をどのように摂取していたかを考えることは、歴史を学ぶ上で大きな問題です｡

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4.プラント・オパール

• 多くの陸上植物は、根を土中にはり､水や栄養分を吸収します｡その際に、少量の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）も吸収します｡二酸化ケイ素は石の主成分であり､土の主成分でもあります｡
• 植物は、吸収した二酸化ケイ素で宝石を作ります｡それがプラントオパールです｡残念ながら、指輪の宝石としては使えません｡顕微鏡でないと見えないくらい小さなものです｡
• イネ科の植物は、多くのプラントオパールを作ります｡例えばススキ。ススキをたくさん刈り取って、完全に焼却します｡燃えた後の灰を集めて、空き缶などに入れて高温で加熱すると、ガラスの玉が出来ます｡　ガラスは二酸化ケイ素から作られます｡
• プラントオパールは宝石です｡石の仲間です｡腐りません｡溶けません｡例えば稲を作っていた縄文時代の集落遺跡には稲のプラントオパールが今でも残っています｡
• プラントオパールの形は、植物の種類によって異なります｡したがって、遺跡の地層を採取し､顕微鏡観察を行うことによって、どのような植物がその集落のそばに育っていたか、栽培されていたかがわかります｡
• プラントオパールは古代の人が、どのような環境で過ごしていたか、どのようなものを食べていたかを教えてくれる宝石です｡
  

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５.谷戸地形、支谷

谷戸地形 ： 下総台地の南端には湧水を集めて小川が流れています。その小川が浅い谷を台地に刻んでいます。 この地形を谷戸地形、谷津地形と呼んでいます。中世/近世には谷戸に水田が作れられました。都川や葭川は比較的大きな谷を作っていますが、それらの支流は小さな谷を作っています。その谷を、”支谷（しこく）” と呼んでいます。












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６.蛍光Ｘ線分析　　　

2003/2/16、母親の宝物（タタラの鉱滓やサヌカイト、土器破片、石器など祖父が収集したもの）を開けてみました。中に、1982/8/17の朝日新聞記事がありました。 　「X線を使った新手法、岡山理大と京大が協力」　　−石器の産地ピタリ− 　古代石器の原産地を、放射線科学を使ってピタリと割り出す画期的な手法が、鎌木義昌・岡山理大、東村武信・京大原子炉実験所（大阪）両教授らの十年がかりの研究で完成、・・・（中略）・・・この手法で、古代遺跡から出土した石器が、従来の想定以上に遠くの産地から運ばれていた、などの事実が判明・・・（中略）・・・岩石に含まれる元素が、X線を当てると、それぞれ異なった強さと波長の蛍光X線を放出する原理を応用。同じ種類の石でも、産地ごとに鉄、カリウム、チタン、ストロンチウムなどの含有比率が違うのを利用して、産地を判定する、というもの。・・・（中略）・・・また、二上山産と見られていた京都・弥榮町の遺跡出土のサヌカイト石器は、実は１５０km余南西の香川・坂出市の金山産だった。和歌山・北山村には、３００kmも離れた岐阜・下呂産のサヌカイトが持ち込まれていた。・・・（中略）・・・大阪市立博物館の安井良三研究主幹は「これまで経験とカンに頼って産地を推定していたが、調べ直せば間違っていたかも知れず、・・・・・・」と歓迎している。 　小輩が２０年後に縄文時代の文明に関心を持つことを知っていたのか、小輩が母親が敷いたレールの上に乗っているのか、不思議なことです。

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７.酸素同位体分析から気温を推定する　　　

このホームページでは、質量16の酸素をＯ16と書くことにします（厳密には化学では ¹⁶Ｏが正しいですが）

　酸素原子には３種類の同位体があります。質量が、１６，１７，１８の同位体です。自然界にはＯ１６が最も多く、Ｏ１８、Ｏ１７は少ないですがそれらの比率は一定です。
時代ごとの気温を調べる時は、南極大陸やグリーンランドの氷（Ｈ2Ｏ）の酸素原子同位体の比率を測定します。
　氷や水の分子を原子記号で書くと、Ｈ2Ｏです（高校の化学のレベルではです）。この分子式の「Ｏ」はＯ16の場合もあれば、Ｏ18であることもあります。
　気温が高くなると、０１８のＨ2Ｏが蒸発しやすくなります。気温が低いと、しにくくなります。Ｏ16とＯ18の比率と気温の関係をグラフに書いておけば、比率を測定することによって、氷が出来た時代の気温がわかります。
　氷が出来た時代を氷に出来た年輪や氷のひずみを測定することによって決めます。
　上記の測定によって、各時代の気温がわかります。

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８.粘土とは　　　　（浜野健也等編集「窯業の事典」朝倉書店発行 参照）

生　成　：岩石が風化作用、堆積作用、続成作用、熱成作用を受けて作られた微小粒子鉱物。
　　　　　　堆積作用によって生成された粘土には、淡水成粘土と海成粘土がある。
　海生粘土：焼成温度が1000℃を超えると海生粘土は海綿状になり陶質土器以上の焼き物はできない。
　　　　　　　　縄文土器は海生粘土で製作できたが、須恵器は海生粘土では製作できない。
　　　　　　　　下総地方に須恵器窯跡が少ないのはこのことが原因。縄文土器製作には海生の常総粘土層が使われた。
　　　　　　　　須恵器が５世紀に製作された近畿地方では、海生粘土層の一部が淡水生粘土層であったため、淡水生粘土層が注意深く採掘された。

成　分　：粘土性鉱物の混合物。　粘土性鉱物はカオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、タルク（滑石）、セリサイト（雲母）など。
　　　　　　例としてカオリナイト　＝　ＡＬ2Ｏ3・2ＳiＯ2・2Ｈ2Ｏ

粒子径 ：粘土の性質を示すのは２μm以下の粒子。

性　質　：水を加えると可塑性を示し、乾燥させたり焼成すると硬くなる。
　可塑性：鉱物粒子の固形分が最密充填未満における界面張力による。
　固化　：　200℃以下　＝　吸着水や層間水の脱水
　　　　　　　500〜700℃　＝　結合水（結晶水）の脱水
　　　　　　　1000℃以上　＝　晶系変化　（モンモリロナイトの晶系変化は他の鉱物に比べて低温で約900℃）
　　　　　　　（1350℃以上　＝　熔融　但し長石分の多少や塩基性の強弱により、熔融温度は変化する）

水　簸　：すいひ。　粘土を多量の水に分散させ、静置し、デカンテーションすることによって、粒子径の小さい粘土質鉱物を分取する方法。
　　　　　　弥生土器製作に、水簸を行った胎土を使用したものがあると考えられている。
　　　　　　須恵器以降の陶磁器製作には一般的に行われている。
　　　　　　工業的には、セントリクリーナー（遠心力利用分級器）やスクリーン（電動ふるい）、浮遊選鉱法が用いられる。

混　合　：土器、陶磁器は粒子径が大きい珪酸鉱物（砂）と粒子径の小さい粘土質鉱物（一種の接着剤）という組合せで製作される。
　　　　　　土器、陶磁器胎土の鉱物の粒度分布はバイモーダルもしくはポリモーダル。

ねかせ　：精製された「粘土」や「胎土」は数ヶ月〜数年熟成される。
　　　　　　粘土中の有機物の分解や固形分/気泡の均一化、粒子の水和性を増加させて、可塑性や成形性をよくする。





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９．関東地方の土器編年

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10．土器についた指紋が犯人捜査方法開発のきっかけ

1873年に英国人ヘンリー フォールズは医師として来日し、東京の築地に診療所を構え、病人の治療にあたりました。彼は雑誌社を創立するとともに、著名な雑誌に論文を投稿する学者でもあった。大森貝塚を発掘したエドワード．Ｓ．モースの論客であり、反対の立場で公開討論を行った実績もあります。
フォールズは大森貝塚で発掘作業に参加した際に、土器の表面にうっすらと残された何本もの平行した曲線に目をとめ、指紋に違いないと考えるようになった。現代の陶器にお同様なことがあるだろうかと思いながら東京の市場を回るうちに、陶器の茶器に指紋があることを認めた。特徴のある曲線のパターンがいくつもあることから、陶器に残された指紋からその陶器の作者を同定できるのではないかと考え始めた。
フォールズが診療を行っていた病院の棚にあるビン入りのアルコールが徐々に減るという小さな事件が起こった。近くにあったビーカーをよく調べたところ、多くの指紋が残されており、その指紋は診療に通うフォールズが教えている医学生のものであり、その人間がアルコールを酒代わりに飲んでいたことが判った。
フォールズは指紋が個人識別の方法として確立するため、多くの学者に協力を得、多くのデータを集めようとして、まずダーウィンに手紙を出したが、ダーウィンは老齢を理由にして支援することはなかった。
フォールズは雑誌「ネーチャー」1880年10月28日号に投稿し、指紋検査が犯人検挙の方法になることを訴え、データ収集の協力を求めた。各国の警察にも協力を求めたが、フォールズの運動に共鳴する人はすぐには現れなかった。
指紋による個人の識別が世間で認められるには多少の時間がかかりました。　現在、どれだけ役に立っているかは誰でも知っています。

「指紋を発見した男」　コリン・ビーヴァン著、茂木健訳、主婦の友社 発行　参照

東京都中央区明石町にある聖路加ガーデン（聖路加病院の東隣)に「指紋研究発祥の地」の石碑があります。
指紋研究発祥の地 ヘンリー･フォールズ住居の跡 ここは明治初年にあった築地居留地の18号地で、英国人医師ヘンリー・フォールズ（1843〜1930）が明治７年（1874）から同１９年（1886）に至る滞日中に居住した所である。フォールズはスコットランド一致長老教会の宣教師として来日し、キリスト教布教のかたわら、築地病院を開いて診療に従事し、また日本人の有志とはかって盲人の保護教育にも尽力した。 彼はわが国で行われていた指印の習慣に興味を持ち、たまたま発掘された土器に印象されていた古代人の指紋を発見し、これにヒントを得てここではじめて科学的な指紋の研究を行った。 明治１３年（1880）10月、英国の雑誌「ネーチュア」に日本から投稿した彼の論文は、科学的指紋法に関する世界最初の論文といわれ、その中で早くも犯罪者の個人識別の経験を発表し、また、指紋の遺伝関係にも言及している。 明治４４年（1911）４月１日、わが警察において、はじめて指紋法が採用されてから満５０年の今日、ここゆかりの地に記念碑を建立し、その功績をたたえるものである。

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