(57)【要約】【課題】宇宙線曝露によって生成される核種の半減期の違いに着目して、精度よく年代測定することが可能な地層の浸食速度測定方法を提供する。【解決手段】宇宙線の曝露によって地層に含まれる鉱物中で生成される放射性核種の濃度を測定し、その濃度から地層の任意の位置での宇宙線曝露時間と前記放射性核種の成長過程の関係を推定して地層の浸食速度を測定する方法であって、前記放射性核種のうち、14Ｃ、10Ｂｅ、26Ａlの濃度を測定し、14Ｃと26Ａlとの比、及び14Ｃと10Ｂｅとの比に基づいて宇宙線曝露時間と14Ｃ、26Ａl、10Ｂｅの成長過程の関係を推定して地層の浸食速度を測定する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙線の曝露によって地層に含まれる鉱物中で生成される放射性核種の濃度を測定し、その濃度から地層の任意の位置での宇宙線曝露時間と前記放射性核種の成長過程の関係を推定して地層の浸食速度を測定する方法であって、前記放射性核種のうち、14Ｃ、10Ｂｅ、26Ａlの濃度を測定し、14Ｃと26Ａlとの比、及び14Ｃと10Ｂｅとの比に基づいて宇宙線曝露時間と14Ｃ、26Ａl、10Ｂｅの成長過程の関係を推定して地層の宇宙線暴露時間を測定することを特徴とする地層の浸食速度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙線照射により生成される複数の長半減期核種の濃度を測定することによる地層の浸食速度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地表面から鉛直方向に宇宙線照射により生成される、14Ｃ、10Ｂｅ、26Ａl等の複数の長半減期核種の濃度を測定し、地表面から任意の深度で、主に宇宙線の核破砕機構による核種生成が始まってからの時間を推定することによって、地層の風化浸食速度(erosion rate)あるいは隆起速度(uplift rate)を推定することが行われている。
【０００３】
この測定原理を以下に説明する。
図１に示すように、宇宙線が地表面に降り注ぐと、鉱物、特に風化に対して高い抵抗性を持つ石英に含まれる元素であるＯ、Ｓiと宇宙線の間で核反応が発生する。この核反応には、核破砕（Cosmic-ray Spallation）、ミューオン  キャプチャー（Muon capture）、ファースト  ミューオン  インデュースト  リアクション（Ｆast muon induced reactions）があり、これらの核反応によって、図２に示すように、14Ｃ、10Ｂｅ、26Ａlが生成される。
【０００４】
宇宙線の曝露時間の増加に伴って、核反応によって生成される核種の量は増加し、14Ｃでは４万年程度、26Ａlでは５００万年程度、10Ｂｅでは１０００万年程度経過すると、一定の放射能に達する。図３は、曝露時間と生成される放射性核種量との関係を示しており、この関係に基づいて地表面付近（１０ｍ.ｗ.ｅ以浅）の任意の深度における曝露時間の長さを推定することができる。
宇宙線強度が時間的に変化しないと仮定すると、一定の宇宙線強度下で任意深度にある鉱物（ここでは石英）中で、宇宙線曝露時間の長さと、14Ｃ、26Ａl、10Ｂｅの生成される放射能濃度Ｃは、それぞれの飽和放射能濃度（無限時間曝露されたときに持つ放射能濃度）Ｃｓで規格化して表すと、それぞれの半減期の長さの違いによって、この図に示す曲線上に沿って生成され、最終的には飽和放射能濃度に等しくなる。（Ｃ／Ｃｓ＝１）。半減期の違いによってＣ／Ｃｓ＝１に達するまでに要する時間に違いが生じ、この差を利用して曝露時間を推定する。
【０００５】
宇宙線の核反応のうちで地表面から１０ｍ.ｗ.ｅ（岩石層では３〜４ｍに相当）の深度までは、どの核種の生成においても、核破砕（Cosmic-ray Spallation）が卓越している。この様子を図４から図６に示す。
【０００６】
図４は、石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される14Ｃ原子数と深度の関係を示し、宇宙線被曝によって核種が生成される機構は核破砕、ストップ・ミューオン、ファースト・ミューオンの順で支配的である。
図５は、石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される26Ａl原子数と深度の関係を示し、宇宙線被曝によって核種が生成される機構は核破砕、ストップ・ミューオン、ファースト・ミューオンの順で支配的である。
図６は、石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される10Ｂｅ原子数と深度の関係を示し、宇宙線被曝によって核種が生成される機構は核破砕、ストップ・ミューオン、ファースト・ミューオンの順で支配的である。
【０００７】
特に１ｍ.ｗ.ｅ深度（地表付近では、１ｍ程度）までは、上述のストップ・ミューオン、ファースト・ミューオンの機構に比べて、核破砕が圧倒的に大きく、かつ、地表付近と生成量に大きな差がないため、深度依存がなく、ほぼ一定と仮定できる。そこで、宇宙線による曝露時間が、生成される核種の半減期に比べて十分に長ければ、風化浸食速度が核種の半減期に比べて遅く、放射平衡に達しているはずである。逆に、宇宙線による曝露時間が、生成される核種の半減期に比べて短ければ、風化浸食速度が核種の半減期に比べて速く、放射平衡に達していない。
【０００８】
これらのことを踏まえて、現状においては、風化浸食や隆起がなければ、宇宙線による曝露時間とこれらの核種の濃度(生成速度)から、石英の元素構成に基づいて地層内の核種濃度を理論的に推定することができる。例えば、石英を対象に10Ｂｅと26Ａl の比と10Ｂｅ原子数を２次元的にプロットし、風化浸食速度（erosion rate）(10-6ｃｍ/y以下)を推定し、推定した理論曲線にフィールド・データをフィティングして求める手法が提案されており、この内容が非特許文献１に記載されている。その一例を図７、図８に示す。
この方法では、風化浸食速度を適当な大きさに仮定し、10Ｂｅと26Ａl の比と10Ｂｅ原子数を解析し、２次元的に理論曲線を数本引いておきこれらの曲線に実測データをプロットして、最も近い曲線から風化浸食速度を推定している。
【０００９】
図７(ａ)は、 石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される10Ｂｅ原子数と26Ａl／10Ｂｅ比の関係を示しており、上側の値は、ゼロ浸食の場合の曝露時間であり、下側の値は定常浸食速度（１０-1〜１０-6ｃｍ/y）を持つ状態での曝露時間と浸食速度の関係を示す。右側にいくほど浸食速度が小さくなり、曝露時間も増加している。図７(ｂ)は、 石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される26Ａｌ原子数と26Ａｌ／10Ｂｅ比の関係を示す。ここでも、右側にいくほど浸食速度が小さくなり、曝露時間も増加している。
【００１０】
図８は、石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって生成される10Ｂｅ原子数と26Ａl／10Ｂｅ比の理論曲線と実測値との比較を示したものであり、上側の値は、ゼロ浸食の場合の曝露時間であり、下側の値は定常浸食速度（１０-1〜１０-6ｃｍ/y）を持つ状態での曝露時間と浸食速度の関係を示す。実測値は理論値から外れている部分もありこの関係から浸食速度を評価するのは難しいことがわかる。
【００１１】
このように、フィールド・データをプロットするとデータのばらつきが理論値を超えている場合も多く判断が難しく、精度がよくない。この原因は、10Ｂｅと26Ａlの半減期の長さに起因している。その半減期が、10Ｂｅで１６０万年、26Ａlで７１．６万年と比較的長く、せいぜい２倍程度の違いしかない。そのために数百万年の時間ではその差が際立ってこない。これにより、理論曲線が重なってしまうという欠点がある。
【００１２】
この方法に替わって、フィリップス（Phillip）等は36Ｃlを用いた手法を提案しているが、測定対象が石英ではない別の鉱物であるドロマイト（Dolomite）を用いている点で、同じ地点での宇宙線の影響等を考えた時、その幾何効率などで別途検討しなければならない要素を含むため、評価が複雑となる欠点を持っている。また、ドロマイト（Dolomite）は石英に比べて風化に弱いという欠点がある。
【００１３】
【非特許文献１】ケイ、ニシズミ  など（K.Nishiizumi et.al）、アース  アンド  プラネタリ  サイエンス  レターズ（Earth  and  Planetary  Science  Letters）,104(1991)440-454
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、宇宙線曝露によって生成される核種の半減期の違いに着目して、精度よく曝露時間を測定することが可能な地層の浸食速度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するために、本発明は、宇宙線の曝露によって地層に含まれる鉱物中で生成される放射性核種の濃度を測定し、その濃度から地層の任意の位置での宇宙線曝露時間と前記放射性核種の成長過程の関係を推定して地層の宇宙線による曝露時間を測定する方法であって、前記放射性核種のうち、14Ｃ、10Ｂｅ、26Ａlの濃度を測定し、14Ｃと26Ａlとの比、及び14Ｃと10Ｂｅとの比に基づいて宇宙線曝露時間と14Ｃ、26Ａl、10Ｂｅの成長過程の関係を推定して地層の浸食速度を測定することを特徴とする年代測定方法である。
14Ｃは10Ｂｅ及び26Ａlとは半減期が大きく異なるため、宇宙線曝露期間の測定範囲が数千年の範囲から数百万年の範囲へと広がることから、地層の表面が形成されてからの経過時間測定の精度が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、14Ｃ、10Ｂｅ、26Ａlの濃度を測定し、14Ｃと26Ａlとの比、及び14Ｃと10Ｂｅとの比に基づいて宇宙線曝露時間と14Ｃ、26Ａl、10Ｂｅの成長過程の関係を推定して地層の浸食速度を測定することにより、地層の表面が形成されてからの経過時間測定の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図９に、石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって生成される10Ｂｅ、26Ａl、14Ｃ原子数の飽和濃度と曝露時間の理論曲線を示す。石英の中では、図２に示したように、宇宙線曝露によって10Ｂｅ、26Ａl以外に14Ｃが、石英に含まれる酸素の核破砕によって生成されるが、14Ｃは10Ｂｅや26Ａlに比べて著しく半減期が短く、５７３０年である。宇宙線の強度に変化がなく、地層が同じ環境条件の下で宇宙線曝露され続けたとすると、同一条件下では４００００年程度で放射平衡に達する。
【００１８】
一方、10Ｂｅと26Ａlについては、放射平衡に達するまでに要する時間は、26Ａlで５００万年、10Ｂｅで１０００万年程度となる。そこで、本発明においては、従来において10Ｂｅと26Ａlの比を取っていたことに替えて、14Ｃ-26Ａl、14Ｃ-10Ｂｅの比を測定し、曝露時間に対して３次元プロットを描くことにより、半減期の差が際立たせて、地層の浸食速度測定の分解能を改善したものである。
図１０に、曝露時間と10Ｂｅ／14Ｃ比，26Ａl／14Ｃ比との関係を示す。曝露時間が１０2〜１０7年の間で、10Ｂｅ／14Ｃ比は０．４〜１００、26Ａl／14Ｃ比は２．５〜３００程度まで変化し、従来の26Ａl／10Ｂｅ比だけでは、２．８８〜６．０の範囲でしか変化しなかったのに対して、その変動範囲が最大で５０倍程度大きくなり、分解能も向上する。
【００１９】
14Ｃを対象とすることによって、核破砕を主体とする宇宙線曝露期間の測定範囲が、数千年の範囲から数百万年の期間へと広がることから、地層の表面が形成されてからの経過時間測定の精度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、地層の形成年代と地層の浸食に伴う変化速度を推定する方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】宇宙線の曝露により地層中の石英が原子核反応を起こす様子を示す図である。
【図２】石英を構成する酸素と珪素が原子核反応を起こして放射性核種を生成する様子を示す図である。
【図３】宇宙線の曝露時間と生成される放射性核種量との理論曲線を示す図である。
【図４】石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される14Ｃ原子数と深度の関係を示す図である。
【図５】石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される26Ａl原子数と深度の関係を示す図である。
【図６】石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される10Ｂｅ原子数と深度の関係を示す図である。
【図７】(ａ)は、 石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される10Ｂｅ原子数と26Ａl /10Ｂｅ比の関係を示す図であり、 (ｂ)は、 石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって１年間に生成される26Ａｌ原子数と26Ａl /10Ｂｅ比の関係を示す図である。
【図８】石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって生成される10Ｂｅ原子数と26Ａl /10Ｂｅ比の理論曲線と実測値との比較を示す図である。
【図９】石英（ＳiＯ2）中で宇宙線被曝によって生成される10Ｂｅ、26Ａl 、14Ｃ原子数の飽和濃度と曝露時間の理論曲線を示す図である。
【図１０】曝露時間と10Ｂｅ／ 14Ｃ比，26Ａl／  14Ｃ比との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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