フィッション・トラック

ニュースレター 第26号

56-58

2013年

共通テーマセッション「考古学との連携」(U,Th)/He年代学の現状と考古学への応用
田上高広*・山田国見**(U,Th)/He geochronology; an overview and archeological applications
Takahiro Tagami* and Kunimi Yamada*** 京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻，Division of Earth and Planetary Sciences, Graduate
School of Science, Kyoto University** 日本原子力研究開発機構，Japan Atomic Energy Agency(U,Th)/He系を用いた年代測定は，人類史上最で約70℃，ジルコンで約180℃と極めて低いことも早く提案された方法であるが，Heの拡散速度である．これにより，フィッション・トラックが速いため，得られた年代値が異常に小さくな（FT）法よりも更に低い温度域での熱史復元がることから，地質学的に広く応用されることは可能となる．また，大気からの 4 He混入が少ななかった．その後，長く忘れられた存在であっく，娘核種4Heの生成速度が大きいことから，FTたが，1980年代に入ってANUのグループが閉鎖年代などよりも一般に高精度の年代測定が可能で温度の非常に低い熱年代計であることを指摘し，ある．短所は，上述したα粒子損失の補正に加え再び光が当たることとなった（Zeitler et al.,て，100万年より若い試料では放射非平衡の影響

1987）．そして，1990年代におけるCaltechのが無視できず補正が必要となる場合があることでKen Farley達の一連の研究により，最も新しいある．また，通常の分析では年代値が得られるだ年代測定法として一躍脚光を浴び，現在では，低けであり，FT法のようなトラック長分布を用い温領域の熱史復元に広く用いられている（例えた確度の高い熱史逆解析は難しい．

ば，Farley, 2002）．
(U,Th)/He法は，UとThの放射壊変系列におい分析手順は以下の通りである：て生じるα粒子（４He）を利用する年代測定法で（１）分離した鉱物粒（アパタイト，ジルコン）

ある．対象試料中に微量に含まれるU,Thの放射を実体鏡下で選別し，良好な粒子の大き壊変により，時間の経過とともにα粒子が順次さを計測した後，白金パケットに封入す放出され，それが試料中に蓄積されていく．一般る．に ， 1 0 0 万 年 よ り 古 い 地 質 試 料 に お いて は ，（２）レーザー加熱によってHeを試料より脱ガ

U,Thの壊変系列において放射平衡が成立していスし，希ガス質量分析装置を用いて同位るので，年代値ｔは以下の式より求められる：

体分析する．
（３）強酸／強アルカリにより鉱物粒を溶解し，[ 4 He] = 8[ 238 U]{exp(λ 238 t)-1} + 7[ 235 U]

ICP-MSでU,Thを定量する．

{exp(λ235t)-1} + 6[232Th]{exp(λ232t)-1}（４）（１）の計測値からα粒子損失の補正をした 上 で， 上 述 の 式 よ り 年 代 値 を 算 出 す

ここで，[X]は核種Xの個数，λ238, λ235,λ232

る．

はそれぞれ238U, 235U, 232Thの壊変定数を表す．
従って，試料中の4He, 238U, 235U, 232Thを定量す(U,Th)/He法の応用分野は，主に次の２つであることによりｔを求めることが出来る．ただる．

し，壊変時にα粒子は初速度を持ち，固体中を（１）低温領域の熱年代学：20ｍｍ程度移動するため，アパタイトなど通常上述したように，この方法の閉鎖温度は既存の鉱物粒では結晶表面からの損失を補正する必の 地 質 年 代 測 定 法 の 中 で 最 も 低 い の で，要がある．

50­200℃程度の低温域の熱史解析に大変有(U,Th)/He法の特徴は，閉鎖温度がアパタイト用である．測定に用いられる鉱物（アパタイ56

ト，ジルコンなど）がFT法と共通であるた状態での時間発展（同位体進化）を近似的に簡略め，2つの方法は併用されることが多く，造化することにより，補正年代を算出している．

山テクトニクスなど広い分野で数多くの成果

ヴェスヴィオについては，既存の噴火の歴史記録をあげてきた．その結果，(U,Th)/He法の応（ポンペイを壊滅させた紀元７９年の大噴火）並用研究の90％以上が熱年代学分野で占められびにSanidineのAr/Ar年代値と整合的なている．

(U,Th)/He年代値が得られたことから，補正は妥（２）若い試料の年代学：当であったと結論されている．

上述した低い大気 4 He混入量と高い 4 He生成

以上についての詳細は，近日中に出版が予定さ速度という特長から，分析感度という点ではれているシンポジウム特集号での拙文を参照され１万年程度の年代測定も十分可能である．たたい．

だし，年代測定の対象である地質（考古）イベントが，測定に用いる鉱物（アパタイト，文献ジルコンなど）の晶出／成長を伴う場合，Zeitler, P.K., Herczeg, A.L., McDougall, I. andU,Thの壊変系列における放射平衡が破られる

Honda, M., 1987. U-Th-He dating ofため一般に大きな年代値の補正が必要とな

apatite: a potential thermochronometer.

る．例えば，火山岩のジルコンをこの方法でGeochimica Cosmochimica Acta, 51,

年代測定する場合，放射壊変起源 4 Heのジル

2865-2868.

コン内での蓄積は，マグマが噴出し急冷されFarley, K.A., 2002. (U-Th)/He dating:

4Heの散逸が止まった時に開始される．もTe c h n i q u e s , c a l i b r a t i o n s , a n d

し，マグマ溜まりの中でジルコンが晶出してapplications. In Porcelli D. P., Ballentineから噴出するまでに要する時間（滞留時間；

C. J. and Wieler R. (eds.) Reviews inResidence time）が100万年を超えれば，噴Mineralogy and Geochemistry, 47,出時に放射平衡が達成されている可能性があ

819-44, Mineralogical Society of America,

る．しかし，通常の火山で推定される滞留時

Washington D.C.

間は1万年から10万年のオーダーであるた

Ya m a d a , K . a n d T a g a m i , T. , 2 0 0 8 .

め，噴出時にジルコン中のU,Thの壊変系列はPostcollisional exhumation history of the

放射非平衡状態にあり，上記の年代算出式をTanzawa Tonalite Complex, inferred from適用できない．この場合，正確な補正のため(U-Th)/He thermochronology and ﬁssionには，U,Thの壊変系列元素の晶出時の分別とtrack analysis. Journal of Geophysical

マグマ溜まり内での振る舞いに加え，滞留時

Research 113, B03402, doi:間についての慎重な検討が必要となる．

10.1029/2007JB005368.
Mitchell, S.G. and Reiners, P.W., 2003.

本 講 演 で は ， 考 古 学 へ の 応 用 に つ いての レ

Inﬂuence of wildﬁres on apatite andビューを依頼されたので，熱年代学については日zircon (U-Yh)/He ages. Geology, 31,

本列島で最初の応用例である南部フォッサマグナ

1025-1028.

丹 沢 山 地 の 上 昇 冷 却 史 復 元 （ Ya m a d a a n dReiners, P.W., Thomson, S.N., McPhillips, D.,

Tagami, 2008）を紹介するにとどめた．若い試

Donelick, R.A. and Roering, J.J., 2007.

料の年代学については，放射非平衡の補正が必要

Wildﬁre thermochronology and the fate

でない再加熱系として，山火事（Wildﬁre）によand transport of apatite in hillslope andる基盤岩からの4Heの２次的脱ガスと年代値の若ﬂuvial environments. Journal of返りの例（Mitchell and Reiners, 2003; Reiners

Geophysical Research, 112, F04001, doi:et al., 2007）を紹介した．また，放射非平衡状

10.1029/2007JF000759.

態にある試料の例として，ヴェスヴィオ火山噴出

Aciego, S., Kennedy, B.M., DePaolo, D.J.,

物中のガーネットの年代測定（Aciego et al.,Christensen, J.N. and Hutcheon, I., 2003.

2003）と古代の金製品と模造品の識別に関する

U-Th/He age of phenocrystic garnet from年代学的研究（Eugster et al., 2009）を紹介し

the 79 AD eruption of Mt. Vesuvius. Earthた．これらの研究では，共に試料が2000年程度

and Planetary Science Letters, 219,と非常に若いため，U,Th壊変系列の放射非平衡57209-219.
Eugster, O., Kramers, J. and Krahenbuhl, U.,2009. Detecting forgeries among ancient
gold objects using U,Th- 4 He dating
method. Archaeometry, 51, 672-681.

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