フィッション・トラック

ニュースレター 第26号

63-66

2013年

共通テーマセッション「考古学との連携」

原位置宇宙線生成核種を用いた地表面の年代測定―考古学分野への応用の可能性―
若狭幸*Landform Surfaces Dating deduced from concentration ofIn Situ Cosmogenic Radionuclides―Applications and potentials
in Archaeological Sciences
Sachi A. Wakasa** 筑波大学生命環境系，Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba* Present address

秋田大学工学資源学研究科，Graduate School of Engineering and Resource

Science, Akita University

はじめにば，10Beと26Alは，標的元素である酸素Oとケイ侵食速度や堆積速度，地表面露出年代などの地素Siからなる石英が，宇宙線に照射されることに表面の年代測定は，堆積物から間接的に求めらよって生成される．いずれも放射性核種であり，れることが主であった．1990年代初頭から，宇それぞれの半減期は， 10 Beで150万年， 26 Alで宙線生成核種を用いた地表面の照射年代測定法71万年である．10Beと26Alは，同じ生成機構で同が注目されはじめた．これは，地表面物質中のじ石英中に生成され，適用可能な年代測定範囲

原位置宇宙線生成核種を定量することによって，が，100年〜500万年と広いため，比較的数多く直接，地表面の年代を推定することができる手利用されている．

法である．この手法は，地形学分野をはじめとす核種が生成される反応は，主に3つあり，それる地球環境科学分野で，地形面の年代測定や，地ぞれ（1）中性子による核破砕反応，（2）負電球環境変遷などを明らかにするために，ここ20

荷 ミ ューオ ン 捕 獲 反 応 ， （ 3 ） 高 エ ネ ル ギ ー

数年で，多数の研究例が蓄積されてきた．一方ミューオン相互作用である．中性子による反応はで，この手法を用いた古い遺跡の地形面の年代測地表面付近で最も大きく，深度とともに指数関数定や石器の年代測定などの研究例が，考古学分野的に減少する．二つのミューオンによる反応は，においても蓄積されつつある．そこで，本稿で地表面では中性子と比較すると小さいがは，この手法の概略を説明し，考古学分野への（Braucher et al., 2003; Heisinger et al.,応用の可能性について示唆する．

2002a, b），地下深くなると，それぞれの寄与率は変化し，ある深度以深は，ミューオンによる宇宙線照射年代測定法寄与率の方が，中性子による反応より多くなる．

宇宙線照射年代測定法とは，地表面物質中の元また，核種の生成率は，宇宙線の強度を決定する素と宇宙線が相互作用することによって生成され緯度と高度に依存する．高緯度，高高度であるほる，宇宙線生成核種の濃度から年代を推定する

ど，核種の生成が大きくなる．そのため試料採取方法である（Lal, 1991; Gosse and Phillips,地点ごとにおける核種の生成率を見積もる必要が2001; Bierman et al., 2002など）．核種の生成あり，そのスケーリング法は，Stone (2000)には，地表面物質の中で，ʻその場 (in situ)ʼ で発生

よって提示された計算方法が支持されている．
地表面に生成される核種濃度は，宇宙線によるする（Fig. 1）．そのため，この手法で用いる核照射時間が増加するに伴い，増加する．最も単純

種を原位置宇宙線生成核種と呼んでいる（若狭ほに考えれば，地表面の露出年代値は，核種濃度とか，2004；松四ほか，2007）．主な核種は，核種の生成率

10Be, 14C, 26Al, 36Clの4つの放射性核種と，3He,21Neの2つの安定核種である（Table（1年あたりの核種の生成量）から求めることができる．

I）．例え63

Cosmic Ray(Secondary cosmic ray)Earth Surface
16O (8p, 8n)3nFig. 1

10Be (4p, 6n)4pneutronproton

Figure 1 原位置宇宙線生成核種の生成反応（中性子による核破砕反応の例）

核種濃度の時間変化は!"!"

一方で，前述したように，10Beと26Alは同一の鉱物中で同じ過程で生成される．しかし，26Alの= ! ! − !"半減期は71万年であり，半減期が150万年の10Be(1)より短い．そのため，一度露出した地表面が宇宙線の生成が停止されるほど厚い堆積物に覆われたとき， 26 Al濃度は， 10 Beよりも相対的に減少すから計算できる．ここで， x は深度（cm），る．この原理を用いて，地表面の埋没年代を求めCは核種濃度（atoms/g），t は時間（yr），P(x)ることが可能となる（Granger and Muzikar,

は核種の生成率（atoms/g/yr），λ は核種の壊変2001）．

定数（yr­1）である（半減期を T1/2とすると，λ= ln2/T1/2）．ここで，t = 0のときC = C0とす

考古学における適用例

ると，(1)式は，! = !! ! !!" +考古学において，宇宙線照射年代測定法は，地表面の露出年代値を求める研究から適用された．

! !
! 1 − ! !!"初めて適用された例は，Phillips et al. (1997)に(2)よる，ポルトガルのthe Côa valleyの岩絵遺跡群の地表面露出年代値を36Cl濃度から求めたものでのように解くことができる．宇宙線に曝され始めある．彼らは，岩絵の年代が旧石器時代であるとた時の地表面の核種濃度がゼロであったとすると推定している．しかし，核種濃度の初期値の考察（C0 = 0），得られた核種濃度から地表面が露出をしていないため，いくつかの反論を受けていしていた時間を求めることができる．

る．また，Ivy-Ochs et al. (2001)は，エジプト

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Table I
Table I 宇宙線照射年代測定法に用いる原位置宇宙線生成核種

NuclideHalf-life

OtherMeas.

TargetTarget mineralisotopes

methodelementsProduction rate
(atoms/g*yr)

10

1.51 Myr

9BeAMSO, Si

Quartz, Olivine

526716 kyr27

AlAMSSiQuartz

3136

301 kyr

35

Cl,AMSCa,

K-feldspar,

10 (granite)

K, Cl

Plagioclase, Calcite

20 (limestone)

Be
Al
Cl

37

35

Cl

14C

5.73 kyr

1213

3

He

Stable4stable

20

Ne,

Static22

Nemass spec.

C, CAMSO

Quartz, calcite

16He

StaticO, Si, Fe

Olivine,120mass spec.
21Ne

Pyroxene,

Hornblende, Garnet
Mg, SiQuartz,Olivine,20

Garnet,Clinopyroxeneのテーベマウンテンで発掘された，チャート石器

加速器質量分析機器を用いて測定される．原位置の地表面露出年代値を，非常に信頼性の高い10Be宇宙線生成核種が定量可能なタンデム型加速器施濃度により推定した．得られた年代値は，旧石設は，日本国内には現在東京大学にしかなく，筑器時代の304 20 kyrと326 22 kyrであり，それ波大学において2013年現在，1台建設中である．

までの研究成果と調和的であった．

また，岩石や鉱物試料からの前処理にも時間や技

一方で，埋没年代値は，洞窟がいつ埋没した術を要する．特に，埋没年代を測定する際に必要か，災害などによって遺跡がいつ埋没したか，ゴな，10Beと26Al濃度の両方を測定することが難し

ミ捨て場をいつ掘ったのか等を求めることが可

く，埋没年代値が得られた研究例はいまだに多く能である．例えば，Pappu et al. (2011)は，インない．考古学においては，研究例のほとんどが，ドのアッティランパッカム遺跡の埋没年代を，いまだテスト段階である．

26 Al/ 10 Be比と古地磁気年代からクロスチェック

しかしながら，宇宙線照射年代測定法を用いるして，1.51 0.07Maと求めている．この値は，ことによって，これまで有機物が存在せずにあきアッティランパッカムの年代を，更新世中期かららめていた遺跡や，14C年代測定法では測定でき更新世初期であると，それまでの仮説を変更さない古い年代値の場所においても，年代測定が可せた例である．

能となる．このことは，考古学にとって，革新的であることは間違いないであろう．有機物がない

考古学における宇宙線照射年代測定法の適用の可ために年代が測定されていないサイトは数えきれ能性ない．すべてのサイトにおいて宇宙線照射年代測

宇宙線照射年代測定法を適用する際のメリット

定法が適用できるとは限らないが，いち早くテスは，ターゲットとなる鉱物が存在していれば，どト段階から脱却して，より多くのデータが蓄積さこでも測定可能であること，適用可能な年代範れることが期待されている．

囲が，地表面露出年代測定で100年前〜500万年前，埋没年代測定で10万年前〜500万年前と広い謝辞ことなどがあげられる．一方で，デメリットは，

安間了日本フィッショントラック研究会会長に複雑な核種生成の歴史を考慮する必要があるこは，第37回フィッショントラック研究会共通とと，極微量核種の定量である．原位置宇宙線

テーマセッション「考古学との連携」で講演する

生成核種は，極微量元素であるため，タンデム型機会を与えていただいたことを感謝いたします．

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文献

radionuclides by muons 2. Capture ofBierman, P. R., Caﬀee, M. W., Davis, P. T.,

negative muons. Earth and Planetary

Marsella, K., Pavich, M., Colgan, P.,

Science Letters, 200, 357‒369.

Mickelson, D., Larsen, J. (2002) Rates

Ivy-Ochs, S., Wüst, R., Kubik, P. W., Müller-and timing of earth surface processes

Beck, H., Schlüchter, C. (2006) Can wefrom in situ-produced cosmogenic Be-10.

use cosmogenic isotopes to date stone

Reviews in Mineralogy and Geochemistry,artifacts?. Radiocarbon, 43, 759-764.

50, 147‒205.

Lal, D. (1991) Cosmic ray labeling of erosion

Braucher, R., Brown, E.T., Bourlès, D.L.,

surfaces: in situ nuclide production rates

Colin, F. (2003) In situ producedand erosion models. Earth and Planetary

10Be

measurements at great depths:

Science Letters, 104, 424‒439.

implications for production rates by fastPappu, S., Gunnell, Y., Akhilesh, K.,muons. Earth and Planetary Science

Braucher, R., Taieb, M., Demory, F.,Letters, 211, 251‒258.

Thouveny, N. (2011) Early Pleistocene

Gosse, J. C., Phillips, F. M. (2001) Terrestrial

presence of Acheulian hominins in southin situ cosmogenic nuclides: theory andIndia. Science, 331, 1596-1599.

application, Quaternary Science Reviews,Phillips, F., Flinsch, M., Elmore, D., Sharma,20, 1475‒1560.

P. (1997) Maximum ages of the Côa valley

Granger, D. E., Muzikar, P. F. (2001) Dating(Portugal) engravings measured withsediment burial with in situ-producedChlorine-36. Antiquity, 71, 100-104.

cosmogenic nuclides: theory, techniques,Stone, J.O. (2000) Air pressure andand limitations. Earth and Planetary

cosmogenic isotope production. Journal

Science Letters, 188, 269‒281.

of Geophysical Research, 105, 23753‒

Heisinger, B., Lal, D., Jull, A. J. T., Kubik, P.,

23759.

Ivy-Ochs, S., Neumaier, S., Knie, K.,

松四 雄騎, 若狭 幸, 松崎 浩之, 松倉 公憲 (2007)

Lazarev, V., Nolte, E., (2002a) Production

宇宙線生成核種10Beおよび26Alのプロセス地

of selected cosmogenic radionuclides by形学的応用．地形，28，87‒107．

muons 1. Fast muons. Earth and若狭 幸, 松崎 浩之, 松倉 公憲 (2004) 原位置宇宙

Planetary Science Letters, 200, 345‒355.

線生成核種年代測定法 : 侵食地形変化速度のHeisinger, B., Lal, D., Jull, A. J. T., Kubik, P.,

解明への適用．地形，25，247‒265．

Ivy-Ochs, S., Knie, K., Nolte, E. (2002b)
Production of selected cosmogenic66