炭素13に並ぶ炭素の指標： 時間＆炭素源の指標としての炭素14

物質動態研究における¹⁴Cの特性

・同位体分別の影響（同位体効果）の排除

年代測定も含め、指標としての¹⁴Cの主な有用性は半減期5730年という緩やかな放射壊変で¹⁴C／¹²C存在比（以下、¹⁴C同位体比）が減少する特性にありますが、その減少量をみるうえで邪魔になりうる効果として同位体分別があります。

「同位体分別」とは同位体の質量差による反応速度差のため、様々な物理・化学的過程の前後で同位体比が変わる現象で、¹⁴C分析では多くの場合その影響を除く補正（以下、分別補正）がなされます。

理論から同位体分別による¹⁴C同位体比の変化量と¹³C同位体比（以下δ¹³C 。安定同位体のため変動要因は同位体分別のみ）に起きる変化量は一定の関係式で示せるので、分別補正では¹⁴C測定に伴って測られるδ¹³C^※1を用いて、もし試料の元となった炭素プールからできたものがδ¹³C：-25‰（C3植物を意識した設定値）であったなら、それが示すはずの¹⁴C同位体比を算出します。
この分別補正された¹⁴C同位体比は炭素固定から測定までの全ての同位体分別を一律に揃えた仮想値とみることができ、補正されたデータ間では大気炭素の加入が無くなった時点（¹⁴Cは大気中で生成するため）の大気¹⁴C同位体比とその後の壊変の影響のみを反映する比較ができます。

そのため、分別補正された¹⁴Cは複雑な同位体分別過程を無視できる炭素源指標としても有用とされることがあります。用途によっては留意すべき点もありますが^※２、このことは生物の代謝など同位体分別の幅がばらつく過程や非常に多くの過程を含む複雑な系での研究で¹⁴Cの利点としてたびたび言及されます。

※1　IRMSによる測定値と同等に扱うべきものではないので当社ではδ¹³C(ams)として報告しています。

※2　ページ下部のIshikawa et al. 2013のappendixなどをご参照ください。

・壊変のため環境中でみられる値が幅広い

分別補正された¹⁴C同位体比は炭素固定された時点の大気の同位体比とその後の壊変量で決まるので、環境中の様々な炭素プールの間に、¹³Cではなかなかみられないような大きな同位体比の差がみられます。

例えば下図^※3は近過去の大気¹⁴C同位体比の大きな推移がわかるデータを示しています。
冷戦期、大気核実験で¹⁴C（bomb carbon）は急増し、ピーク時の1963年頃には大気¹⁴Cは上昇開始前の2倍近くに達しました。その後、部分的核実験禁止条約が発効してからは水圏への溶けこみや生物の取り込み、化石燃料由来CO₂による希釈（Suess効果）もあって2023年現在はほぼ1950年代水準に戻っています。
そのため現代～近過去の生物や土壌有機物などの炭素プールには大気¹⁴Cの急激な増減を反映した大きな値の幅がみられます。

一方で、およそ5万年より古い炭素プール（化石燃料や火山ガス、石灰岩など：dead carbonと呼ばれる）では¹⁴Cは壊変し尽しており、上図のように⊿¹⁴Cで表現すれば-1000‰となります。

このように環境中には14C同位体比に大きく異なる炭素源があり得るため、それに派生する様々な炭素プールもまたその平均滞留時間に応じて幅広い同位体比を示します。値が大きく異なる炭素プールが多々あるため、炭素動態に関わる研究では¹⁴Cの利用により明瞭な結果が得易い場面が多く想定できます。

実例としては

・ 化石燃料由来炭素（検出限界以下）／現代の陸上光合成由来の炭素（大気の値）

・土壌や水中堆積物中の有機物（滞留時間に応じ高低あり）／生食連鎖上の生物（陸上では大気の値、水中では溶存無機炭素（以下DIC）の値）

・水域のDIC≒水中光合成に依存する生物（炭素動態に応じ大気に対し高低あり）／大気≒陸上光合成に依存する生物（大気の値）

・深層流・湧昇流系列の海流のDIC（沈み込み後、大気と隔絶し低い）／表層海流のDIC（大気とのガス交換で高い）

などの¹⁴C同位体比の落差がある炭素プール間でよく利用例がみられます。
例えば大気汚染物質や水塊などの動態研究で直接的に利用される他、生物の食性解析や代謝研究、成長に伴う移動履歴の復元などにも応用されているようです。

また、化石燃料を燃やしたCO₂など¹⁴Cを含まない炭素源で同位体比を低く標識することで、同位体標識手法の難点をいくぶん回避できるといった活用もなされています。このような用法も¹⁴Cの利点として挙げられるでしょう。

参考文献紹介

以下では特にこれから¹⁴C利用を検討するうえでの参考として、フリーアクセス・オープンアクセスの文献を主に紹介します。

まずは上記で簡単に触れました内容をより詳説した総説など、環境分野での¹⁴C利用に関する紹介文献を数件挙げ、続いて具体的な研究事例を表形式である程度検索できるようまとめました。

・総説

・事例紹介

当ページの事例紹介は弊社ご利用例の紹介ではありません（※ご利用いただいた事例も含まれます）

これら事例の試料には現状弊社で測定をお受けできない形態のものもございます。新規に弊社利用もご検討の際は試料形態などに関して事前のご確認をいただけますと幸いです。

〇検索補助ワードについて
・大枠で対象としている環境の他、題などに含まれない用語で検索に役立ちそうなものを付記しました。どのような単語があるかご覧になって様々にお試しいただけるとよいかと存じます。
・各分野において一般的と思われた略語表記はそのまま略語を使用しています（DIC: 溶存無機炭素　SOC: 土壌有機炭素　TSP: 全浮遊粒子状物質 など）
・訳語の不統一がみられた用語は基本的に英語表記にしております（diet ageなど）。
・文献内で主に使われている14C表記（年代／単位など）も検索補助に入れております。

題 （およびプレスリリース等、web上の和文参考記事タイトル）	著者	doi	年	14C利用の主な目的	検索補助ワード
Groundwater Dynamics near the Saltwater–Freshwater Interface in an Island of Seto Inland Sea	Yusuke Tomozawa, Shin-ichi Onodera, Mitsuyo Saito, Kazuyoshi Asai	https://doi.org/10.3390/w15071416	2023	島の沿岸付近の地下水の動態において最終氷期のものと思われる古い滞留水の寄与をDICの14Cから推定した時間・水文指標	地下水・海・沿岸・季節性・pMc
Salinity, oxygen isotope, hydrogen isotope, and radiocarbon of coastal seawater of North Japan	Kaoru Kubota, Keisuke Sakai, Ken’ichi Ohkushi, Tomihiko Higuchi, Kotaro Shirai, Masayo Minami	https://doi.org/10.2343/geochemj.GJ22021	2022	2021年8，9月の北海道沿岸浅海で他の複数指標とともにDICの14Cを報告したデータ	海・沿岸・黒潮・親潮・isoscape・⊿14C(採取時への崩壊補正あり)
Assessment of the influence of benzalkonium chloride addition on radiocarbon analysis of dissolved inorganic carbon	Hiroshi A. Takahashi, Masayo Minami	https://doi.org/10.1002/lom3.10508	2022	DICの14C分析への塩化ベンザルコニウムでの微生物活性停止処理の有用性・注意点を検討	手法開発・実験系・海水・地下水・湖水・河川水・温泉水・pMC
Origin of Deep Methane from Active Faults along the Itoigawa–Shizuoka Tectonic Line between the Eurasian and North American Plates: 13C/12C and 14C/12C Methane Profiles from a Pull-Apart Basin at Lake Suwa 和文参考記事タイトル： プレート境界の断層湖で湧出する地下深部ガスの分子種特定と物質循環への寄与を解明―　厳冬期の湖氷に出現するビッグホールの謎を明らかに　―	Atsushi Urai, Yoshinori Takano, Yohei Matsui, Hiroki Iwata, Yosuke Miyairi, Yusuke Yokoyama, Yuichi Miyabara, Naohiko Ohkouchi, and Ho-Dong Park	https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.1c00392	2022	断層湖で湧くメタンの炭素源および生態系へのメタンの寄与をみる炭素源指標	湖・地質・CH4・食物網・dead carbon・⊿14C
Verification of the accuracy of the recent 50 years of tree growth and long-term change in intrinsic water-use efficiency using xylem Δ14C and δ13C in trees in an aseasonal tropical rainforest 和文参考記事タイトル： 年輪がない熱帯樹木の過去 50 年間の成長量や生理的応答を高精度に特定 ～気候変動の影響解析や熱帯雨林の保護・管理手法の開発に期待～	Tomoaki Ichie, Shuichi Igarashi, Ryo Yoshihara, Kanae Takayama, Tanaka Kenzo, Kaoru Niiyama, Nur Hajar Zamah Shari, Fujio Hyodo, Ichiro Tayasu	https://doi.org/10.1111/2041-210X.13823	2022	年輪を形成しない熱帯雨林の樹木で材の部位ごとの形成時期を知る時間指標として検討・利用	陸上植物・手法開発・代謝・個体履歴・bomb carbon・⊿14C
Characteristics of Cenococcum geophilum sclerotia found in steppe forest soil in Mongolia	Khulan Nyamsanjaa, Bolormaa Oyuntsetseg, Yusuke Takashima, Nobuo Sakagami, Makiko Watanabe	https://doi.org/10.1080/13416979.2021.2008618	2022	土壌中での外生菌根菌の菌核の平均残留時間を推定	土壌・菌根・biomineralization・bomb carbon・暦年較正年代
EVIDENCE OF MASS MORTALITY OF THE LONG-LIVED BIVALVE MERCENARIA STIMPSONI CAUSED BY A CATASTROPHIC TSUNAMI 和文参考記事タイトル： 東日本大震災の津波が長寿二枚貝ビノスガイの大量死に関与していたことを殻の分析から推定	Kaoru Kubota, Kotaro Shirai, Naoko Murakami-Sugihara, Koji Seike, Masayo Minami, Toshio Nakamura, Kazushige Tanabe	https://doi.org/10.1017/RDC.2021.98	2021	貝殻の成長線と14Cデータの対応による高精度の個体履歴としての時間指標	海・沿岸・biomineralization・津波・F14C
Radiocarbon signature reveals that most springtails depend on carbon from living plants. 和文参考記事タイトル： 土壌動物の多くは落葉分解者として機能していない？―トビムシの餌炭素年齢から従来の常識が覆る―	Saori Fujii, Takashi F. Haraguchi, Ichiro Tayasu	https://doi.org/10.1098/rsbl.2021.0353	2021	土壌動物の食性解析でのSOC（腐食連鎖）／生食連鎖の寄与割合を示す炭素源指標	土壌・菌根菌・腐食食物網・bomb carbon・⊿14C・diet age
Evaluation of the baseline carbon sequestration rates of Indo-Pacific temperate and tropical seagrass meadow sediments	Toshihiro Miyajima, Masami Hamaguchi, Masakazu Hori	https://doi.org/10.1111/1440-1703.12263	2021	多様な海草藻場環境の堆積物コアで有機炭素の堆積速度を推定した時間指標	海・沿岸・blue carbon・暦年較正年代
Lake water dissolved inorganic carbon dynamics revealed from monthly measurements of radiocarbon in the Fuji Five Lakes, Japan 和文参考記事タイトル： 富士五湖の水はどこからきているか？ 〜炭素14をトレーサー（追跡子）とした検討によって、河口湖では御坂山地の地下水による影響を確認〜	Kosuke Ota, Yusuke Yokoyama, Yosuke Miyairi, Shinya Yamamoto, Toshihiro Miyajima	https://doi.org/10.1525/elementa.2020.00149	2021	近接する複数の湖の水動態の季節性をDICの14Cで考察する水文指標としての炭素源指標	湖・地下水・川・⊿14C(採取時への崩壊補正あり)
Influences of Ocean Currents on the Diets of Demersal Fish Communities in the Western North Pacific Revealed by Their Muscle Carbon and Nitrogen Isotopic Compositions	Naoto F. Ishikawa, Nanako O. Ogawa,　Yoshito Chikaraishi, Moto-omi Yamaguchi, Katsunori Fujikura, Yosuke Miyairi, Yusuke Yokoyama, Toshi Nagata, Naohiko Ohkouchi	https://doi.org/10.3389/fmars.2021.641282	2021	三陸沿岸の多魚種について餌資源への親潮／黒潮生産の相対的寄与を調べた炭素源指標	海・食物網・isoscape・⊿14C
Novel mycorrhizal cheating in a green orchid: Cremastra appendiculata depends on carbon from deadwood through fungal associations	Kenji Suetsugu, Takashi F. Haraguchi, Ichiro Tayasu	https://doi.org/10.1111/nph.17313	2022	近縁な2種のラン科植物（菌従属栄養／光合成もする菌従属栄養）で材腐生菌から炭素を得ているか確かめた炭素源指標	陸上植物・土壌・腐食食物網・bomb carbon・⊿14C
Origin of Deep Methane Associated with a Unique Community of Microorganisms in an Organic- and Iodine-Rich Aquifer 和文参考記事タイトル： 茂原市周辺の地下深部ではアーキアがメタン生成を続けていることが明らかに	Atsushi Urai, Yoshinori Takano, Hiroyuki Imachi, Shun’ichi Ishii, Yohei Matsui, Miyuki Ogawara, Eiji Tasumi, Yosuke Miyairi, Nanako O. Ogawa, Toshihiro Yoshimura, Fumio Inagaki, Yusuke Yokoyama, Kenjiro Kawano, Daisuke Murai, Ho-Dong Park, Naohiko Ohkouchi	https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.0c00204	2021	ガス田でのメタン生成の炭素源への深層水DIC／表層DICの寄与をみた炭素源指標	ガス田・地下水・地質・dead carbon・⊿14C
Groundwater Anomaly Related to CCS-CO2 Injection and the 2018 Hokkaido Eastern Iburi Earthquake in Japan	Yuji Sano, Takanori Kagoshima, Naoto Takahata, Kotaro Shirai, Jin-Oh Park, Glen T. Snyder, Tomo Shibata, Junji Yamamoto, Yoshiro Nishio, Ai-Ti Chen, Sheng Xu, Dapeng Zhao, Daniele L. Pinti	https://doi.org/10.3389/feart.2020.611010	2020	CO2地中貯留と地震に前後した地下水DICにみられた変化の関連を考察した炭素源指標	地下水・地質・dead carbon・CCS・pMC
九頭竜川水系河川水における懸濁態有機物の炭素同位体組成とその変動要因 Carbon Isotope Composition and Its Variation of Particulate Organic Matter in River Waters from the Kuzuryu River System	長尾 誠也, 金森 正樹, 落合 伸也 Seiya Nagao, Masaki Kanamori, Shinya Ochiai	https://doi.org/10.2116/bunsekikagaku.69.707	2020	流量等との関係から流域ごとの河川水POC動態を考察する炭素源指標	川・土壌・陸源有機物・季節性・⊿14C・和文
レボグルコサンと放射性炭素同位体比を用いた 東京都内の大気有機粒子に対する野焼きの寄与推定	星 純也, 齊藤 伸治 Junya Hoshi, Shinji Saito	https://doi.org/10.11298/taiki.55.204	2020	OCへのバイオマス燃焼産物の寄与推定のための炭素源指標	気圏・エアロゾル・PM2.5・TC・EC・pMC・和文
Novel reverse radioisotope labelling experiment reveals carbon assimilation of marine calcifiers under ocean acidification conditions 和文参考記事タイトル： 貝類の殻・軟体部形成に関わる炭素源推定と海洋酸性化影響の評価 ―天然放射性炭素14を活用した安全な標識法の提案―	Kozue Nishida, Yue Chin Chew, Yosuke Miyairi, Shoko Hirabayashi, Atsushi Suzuki, Masahiro Hayashi, Yuzo Yamamoto, Mizuho Sato, Yukihiro Nojiri, Yusuke Yokoyama	https://doi.org/10.1111/2041-210X.13396	2020	貝殻・軟体部成長へのDIC／餌の寄与をみる炭素源指標	海・実験系・代謝・リバースラジオアイソトープ標識・個体履歴・biomineralization・dead carbon・⊿14C
Some mycoheterotrophic orchids depend on carbon from dead wood: novel evidence from a radiocarbon approach 和文参考記事タイトル： 枯れ木を食べる植物「腐生植物」は存在するのか!? ～大気圏核実験由来の放射性炭素同位体を用いた新たな検証～	Kenji Suetsugu , Jun Matsubayashi , Ichiro Tayasu	https://doi.org/10.1111/nph.16409	2020	菌従属栄養植物の寄生対象(腐生菌／外生菌根菌)の栄養源の違いをみる炭素源指標	陸上植物・土壌・腐食食物網・bomb carbon・⊿14C
Nutritional sources of meio- and macrofauna at hydrothermal vents and adjacent areas: natural abundance radiocarbon and stable isotope analyses	Hidetaka Nomaki, Yuki Uejima, Nanako O. Ogawa, Masako Yamane, Hiromi K. Watanabe, Reina Senokuchi, Joan M. Bernhard, Tomo Kitahashi, Yosuke Miyairi, Yusuke Yokoyama, Naohiko Ohkouchi, Motohiro Shimanaga	https://doi.org/10.3354/meps13053	2019	深海熱水噴出周辺の生物が、海洋表層の光合成由来の有機物と熱水域での化学合成バクテリアに由来する有機物のどちらを利用しているかの炭素源定量評価	海・深海熱水域・化学合成・食物網・⊿14C
Collagen turnover and isotopic records in cortical bone	Jun Matsubayashi, Ichiro Tayasu	https://doi.org/10.1016/j.jas.2019.03.010	2019	哺乳類3種の骨のコラーゲン（一部、毛も試す）に成長履歴が残るか試した時間・炭素源指標	個体履歴・代謝・bomb carbon・⊿14C
Distinctive Roles of Two Aggregate Binding Agents in Allophanic Andisols: Young Carbon and Poorly-Crystalline Metal Phases with Old Carbon	Rota Wagai, Masako Kajiura, Masao Uchida, Maki Asano	https://doi.org/10.3390/soilsystems2020029	2018	土壌団粒の密度画分ごとの炭素の相対的な古さを示す時間指標	土壌・SOC・⊿14C
放射性炭素14Cを用いた名古屋都市大気における炭素性エアロゾルの季節変動と発生源解析	池盛 文数, 本庄 浩司, 浅川 大地, 山神 真紀子, 中村 俊夫	https://doi.org/10.11203/jar.31.47	2016	炭素性エアロゾルの起源物質として化石燃料／非化石燃料の寄与割合を示す炭素源指標	気圏・TSP・pMC・和文
Chlorophyll a-specific ⊿14C, δ 13C and δ 15N values in stream periphyton: implications for aquatic food web studies	N. F. Ishikawa, M. Yamane, H. Suga, N. O. Ogawa, Y. Yokoyama, N. Ohkouchi	https://doi.org/10.5194/bg-12-6781-2015	2015	河川での純粋な付着藻類生産(ｸﾛﾛﾌｨﾙ14C利用)／陸上植物生産の寄与割合を示す炭素源指標	川・地質・biomarker・periphyton・dead carbon・⊿14C
Radiocarbon isotopic evidence for assimilation of atmospheric CO2 by the seagrass Zostera marina	Kenta Watanabe, Tomohiro Kuwae	https://doi.org/10.5194/bg-12-6251-2015	2015	海草の光合成への大気／溶存無機炭素の寄与割合を示す炭素源指標	海・沿岸・海草藻場・blue carbon・⊿14C
Dependence of diverse consumers on detritus in a tropical rain forest food web as revealed by radiocarbon analysis	Fujio Hyodo, Takashi Matsumoto, Yoko Takematsu, Takao Itioka	https://doi.org/10.1111/1365-2435.12357	2014	detritivoreや捕食者の食性と14Cの対応から生態系内の腐食連鎖をみた炭素源・時間指標	土壌・bomb carbon・⊿14C・diet age
Seasonal and snowmelt-driven changes in the water-extractable organic carbon dynamics in a cool-temperate Japanese forest soil, estimated using the bomb-14C tracer	Takahiro Nakanishi, Mariko Atarashi-Andoh , Jun Koarashi, Yoko Saito-Kokubu, Keizo Hirai	http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2013.10.028	2014	森林土壌のWEOCにおける新しいリター/古いSOCの寄与割合の季節変化を定量評価する炭素源指標	土壌・季節性・SOC・bomb carbon・⊿14C
Are stored carbohydrates necessary for seedproduction in temperate deciduous trees?	Tomoaki Ichie, Shuichi Igarashi, Shohei Yoshida, Tanaka Kenzo, Takashi Masaki, Ichiro Tayasu	https://doi.org/10.1111/1365-2745.12038	2013	周期的に大量結実する樹種で種実が何年間の光合成産物でできているか調べた時間・炭素源指標	植物・masting・代謝・個体履歴・bomb carbon・⊿14C
Carbon isotopes of water-extractable organic carbon in a depth profile of forest soil imply a dynamic relationship with soil carbon	Takahiro Nakanishi, Mariko Atarashi-Andoh , Jun Koarashi , Yoko Saito-Kokubu, Keizo Hirai	https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2012.01465.x	2012	森林土壌のWEOC（深度別）の親水性・疎水性画分における新しいリター/古いSOCの寄与割合を推定する炭素源指標	土壌・bomb carbon・⊿14C
EFFECTS OF VEGETATION SWITCH AND SUBSEQUENT CHANGE IN SOIL INVERTEBRATE COMPOSITION ON SOIL CARBON ACCUMULATION PATTERNS, REVEALED BY RADIOCARBON CONCENTRATIONS	Ayu Toyota, Ichiro Tayasu, Reiji Fujimaki, Nobuhiro Kaneko, Masao Uchida, Yasuyuki Shibata, Tsutom Hiura	https://doi.org/10.1017/S0033822200046567	2010	森林土壌における14Cの深度分布と、大型デトリタス食者（主にミミズ）の14Cから、SOC蓄積年代を考察した時間＆炭素源の指標	土壌・腐食食物網・bomb carbon・⊿14C・diet age・carbon age
THE EFFECTS OF RAINFALL ON CARBON ISOTOPES OF POC IN THE TESHIO RIVER, NORTHERN JAPAN	Takafumi Aramaki, Seiya Nagao, Yo-hei Nakamura, Masao Uchida, Yasuyuki Shibata	https://doi.org/10.1017/S0033822200045823	2010	降雨・増水イベント発生前後にかけて河川水POC中の集水域からの表層土壌有機炭素の割合の推移をみる炭素源指標	川・土壌・陸源有機物・⊿14C
SPATIAL DISTRIBUTION OF ⊿14C VALUES OF ORGANIC MATTER IN SURFACE SEDIMENTS OFF SARU RIVER IN NORTHERN JAPAN, ONE YEAR AFTER A FLOOD EVENT IN 2006	Seiya Nagao, Tomohisa Irino, Takafumi Aramaki, Ken Ikehara, Hajime Katayama, Shigeyoshi Otosaka, Masao Uchida, Yasuyuki Shibata	https://doi.org/10.1017/S0033822200046142	2010	洪水後、河口堆積物中の有機物の起源推定指標：河川水POCと海洋生産POCとの寄与の評価	川・海・沿岸・土壌・陸源有機物・⊿14C
Gradual enrichment of 15N with humification of diets in a below-ground food web: relationship between 15N and diet age determined using 14C	Fujio Hyodo, Ichiro Tayasu, S. Konaté, J. E. Tondoh, P. Lavelle, Eitaro Wada	https://doi.org/10.1111/j.1365-2435.2008.01386.x	2008	餌の分解程度が異なるデトリタス食者多種がそれぞれどの程度古い有機物を同化しているかの時間・炭素源指標	土壌・腐食食物網・bomb carbon・⊿14C・diet age
Estimation of the longevity of C in terrestrial detrital food webs using radiocarbon (14C): how old are diets in termites?	Fujio Hyodo, Ichiro Tayasu, Eitaro Wada	https://doi.org/10.1111/j.1365-2435.2006.01081.x	2006	陸棲の消費者の14Cが餌の炭素の古さ（炭素固定からの経過時間）の指標として使えることを検証	土壌・腐食食物網・bomb carbon・⊿14C・diet age
PATHWAYS FOR ESCAPE OF MAGMATIC CARBON DIOXIDE TO SOIL AIR AT UNZEN VOLCANO, SW JAPAN	Hiroshi A Takahashi, Kohei Kazahaya, Hiroshi Shinohara, Toshio Nakamura	https://doi.org/10.1017/S0033822200039801	2004	火山ガスの地表への脱ガス動態推定ための炭素源指標	火山・地質・dead carbon・δ14C