フィッション・トラック

ニュースレター 第25号

60-63

2012年

放射年代測定におけるいくつかの課題
兼岡一郎*

Some issues to be considered in radiometric dating
Ichiro Kaneoka** 東京大学地震研究所，Earthquake Research Institute, University of Tokyo
1. はじめにる数値の吟味，有効数字の取り扱い方や得られた

最近の質量分析など分析技術の進歩は目覚し数値の意味などについての吟味が重要になる．

く，そのために従来では困難だった極微少量の例えば，K-Ar, Ar-Ar法において放射性起源各種同位体の測定が可能になった．そのため，

40 Ar*量を推定するためには，通常，試料中に含長半減期核種を用いる各種の年代測定法，たとまれるArとしては40Kの壊変により生じた放射性

えばＵ−Ｐｂ年代測定法などでも以前では考えら起源40Ar*以外には大気Arのみが含まれるとし，れないほどの若い試料の年代測定が行われるよう

さらに大気Ar の40Ar/36Arは現在の大気の値であになり，最近では 1 Maより若い試料の年代測定る295.5として，（40Ar*）= (40Ar)­295.5 (36Ar)が試みられてきている(例，Sano et al. 2002)．の関係から40Ar*を計算する．しかし海洋底で急しかし，きわめて微少量の放射性起源同位体を対冷した火山ガラスやマントル捕獲岩中ではいわゆ

象とすることにより，分析精度とは異なった要素

る過剰40Arが存在し，この関係は成り立たない．

による年代値への影響が生じてくることに対してまた大気Arが同位体質量分別を起こしていて，は，必ずしも十分な考慮がされているとは言いが40Ar/36Arが295.5とは明らかに異なっている場合たい．そのため，地学的にも意味のある放射年代があることも明らかになっている．同位体質量分を得るためには，分析精度の向上に伴いそれに別の補正は，38Ar/36Arを同時に測定して大気Ar対応した注意が必要になってくる．

からのずれを用いて補正することも行われるが，放射年代値の不確定さを生じる要因としては，過剰 40 Arの影響は補正できない．これらの影響（１）実験室内で生じる測定などに関する要は，放射性起源40Ar*量の少ない試料の場合に影因，（２）試料自体に関する要因，（３）測定響が大きい．現在，分析技術的には1万年より若法の原理に関する要因，などに大別できる．

い火山岩試料のK-Ar年代測定も可能になってき

ここでは，各種の放射年代法でそれぞれ最新のているが，これらの問題が地学的な意味を与える

分析技術による測定が行われた場合に，得られための重要な制約条件になっている．

た年代数値が地学的な意味をもつために注意すべ

また最近ではICP-MSやSIMS(二次イオン質量き点につき，いくつかの例を紹介する．

分析計)を用いて，1 Maより若いジルコンを対象としたU-Pb年代測定も技術的には可能になって

2. 実験室における測定及びデータの取り扱いなきている．ジルコンはその形成時のPb/Uは非常どに関する要因に小さいので，ある程度古い試料では放射性起源

この題目に関する要因としては，年代値の決めPbの存在が圧倒的に多くcommon-Pbの補正は実手となる放射壊変生成物（放射性起源同位体・際上必要とされず，またUの壊変に関する非平衡フィッション・ほか）の推定（測定と補正），測の問題についてもその影響を考慮する必要性はな

定データの取り扱い，精度・確度・誤差などの見いとされている．しかし1 Maより若い年代の試積もりの妥当性，試料の扱い方，などが対象と料になると，こうした問題についても避けて通るなる．

わけにはいかなくなる．Common-Pbの補正には測定と補正に関しては，近年の年代測定法の進204 Pbの測定が必要になるが，ジルコン中の量は歩は，高精度測定，用いる試料の微量化（鉱物非常に少ないため，それを精度よく測定すること１粒子で測定），局所分析，年代測定可能範囲は必ずしも容易でない．またcommon-Pbとしての拡張（特に若い年代に対して）などを可能としどのような同位体比を用いるかも問題になる．非てきている．それと共に，それらに対応した補平衡の問題も含めて，これらの影響をきちんと見正法や放射性起源同位体量を推定する際に用い積もることや，それらを考慮した上での誤差など

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についての検討も必要になろう．

ある．試料の示す年代としては，岩石・鉱物の形また年代値としてどのような種類の年代（形成成年代，二次的な（熱的）影響を受けた年代，マ年代・二次的な年代・熱史など）を対象にする

グマの形成年代，マグマの地表噴出年代，混合年かによって，年代測定に用いる方法論も異なって代などさまざまな場合が考えられる．それらを区くる．近年では，SIMSやレーザーアブレーショ別するためには，異なった試料や年代測定法，試ン法の使用などにより，鉱物中の局所分析が可料の産出状況などを総合して考えることが必要に能になり，1粒子からそれが受けた熱史などの解なる．

析も可能になってきた．また年代値を推定する際

その際，放射年代が示す年代の起点となる事象に，複数の鉱物粒子の年代分布からその平均ととしては，いわゆる放射壊変に伴う生成物が鉱物しての年代に意味づけをするか，試料中での最大などの閉鎖系に蓄積されはじめたときに相当する値ないし最小値などの極値に意味をつけるかでそが，その際の温度を閉鎖温度（closureの考え方には大きな違いが生じる．

temperature）と呼んでいる．閉鎖温度は鉱物の例えばＦＴ法や，鉱物粒子などで段階加熱法を種類や年代測定法によって異なるので，それを利用いないAr-Ar法の場合，測定された試料の年代用して岩体などの熱史を調べることが熱年代学と分布に適当な統計処理を施して得た値を年代としして盛んに行われてきている．FT法などによるて用いることが多い．その際，年代のばらつきは

閉鎖温度は他の年代測定に法より概して低く，自然界および実験の際にもたらされた統計的な300~200℃以下の鉱物が多い．一方，K-Ar法なものを前提としている．しかしその年代分布が，どでは500~300℃くらいの閉鎖温度が多いのに統計的処理の前提となる母集団として扱ってよい

対し，ジルコンの場合にはU-Pb法でかの妥当性は慎重に吟味する必要がある．この700＜〜1000℃で，他の鉱物や年代測定法に比ことは，多数のジルコン粒子のU-Pb年代測定値べてかなり高い．すなわち，用いる試料鉱物や年の年代分布を議論する際にも同様に当てはま代測定法の種類によって閉鎖温度が異なるので，る．

特に変成岩のように冷却速度が遅い試料の場合に一方，地球物質としてこれまで知られている最は鉱物ごとに年代値にも差が生じる．また風化を古の年代としてはAustralia, Jack Hillsのジルコ含めた試料の変質が生じた場合には，同位体系にン粒が示している4,400Maの値 (Wilde et al.

関する閉鎖系の条件が崩れているので，得られた

2001) があるが，これはジルコン粒子の一部にそ数値が地学的な現象に相当する年代を示さない．の痕跡が残されているのをSIMSの一種であるジルコンは他の鉱物に比べて変質に強く，塩基SHRIMPで測定したものであり，ジルコン粒子自性岩から酸性岩と広い組成範囲の火成岩中に見出体がその年代を残しているわけではない．また段され，その測定対象とする年代も数十億年から最階加熱法を用いたAr-Ar年代の場合，低温段階で近では１Maより若い年代までと非常に適用年代若い年代を示しても，連続した高温段階で脱ガス範囲が広くなった．またICP-MS, SIMSなどの活される成分がプラトー年代と呼ばれる一定の用により以前よりはるかに容易にU-Pb年代などAr-Ar年代値を示し，一般的にはそれが試料の形が得られるようになり，最近ではジルコンによる成年代と解釈される．一方，場合によっては最初年代測定が急速に広まっている．若いジルコンのの温度段階で得られる年代が二次的にその試料

U-Pb年代測定で，注意すべき点については前述に熱的影響を与えた年代に相当することもあした．

る．さらに各温度段階を平均した値はプラトー

一方，ジルコンはＵ含有量が多いことから，年代より若い年代になるが，これは一般的なK-これまでＦＴ法にもよく用いられてきており，Ar年代に相当する．このように，試料の示す年U-He法などにも用いることが可能である．分析

代数値を解釈する際，そのデータの取り扱いや地技術の進歩により，U-Pb法とこれらの年代測定学的な意味づけには十分な注意をする必要があ法との年代測定可能範囲も重なるようになってきる．

た．そのため同じジルコンを用いて，年代のクロスチェックなども計画されるようになってきてい

３．試料自体に関する要因

るが，注意すべきはこれらの方法間における大き年代測定に携わる研究者は，得られた年代数な閉鎖温度の差である．例えば1991年に噴出し値がどのような地学的現象に相当する年代に対応た雲仙岳火山弾中のジルコンは約90kaのU-Pb年しているかをきちんと把握しておくことが重要で代を示し，ジルコンの示す年代は噴出年代ではな

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くマグマ中での滞留期間を示している可能性があ

モデルの妥当性を，独立した立場からチェックをる（Sano et al. 2002）．一方閉鎖温度の低いするのが年代学としての役割であるはずだが，そFT, U-He法によるジルコンの年代値はマグマ噴れに頼ってしまえばすでにその役割を放棄してい出年代を示すことになるので，ジルコンを用いてるといわざるを得ない．結局，標準試料の年代との年代のクロスチェックは慎重な扱いを要する．

しては，同種の鉱物試料に対して異なった研究室

また実際の地学的事象では，800~300℃くらい間で測定された値を，それぞれの測定誤差などをで生じる現象が少なくないので，ジルコンによる含めて統計的処理をして得られた，誤差の許容範

年代測定のみで地学的現象を読み解こうとして囲内での有効数字をもった値を採用すべきであも，閉鎖温度の関係からきちんと対応した年代る．

が得られない場合もでてくる可能性がある．要またFT法では，こうした標準試料の年代値には，対象とする地学的事象に即した閉鎖温度をも左右されるゼータ法ではなく，238Uの自発核分裂つ試料と年代測定法を考慮して，それらを使い分に関する壊変定数の正確な値を求めて，それ自体けることが大切である．

で年代が計算できるような手法に戻りつつある．
さらに原理的な問題としては，各放射性同位体４．測定法の原理に関する要因の壊変定数の値についての問題がある．現在，年放射年代測定に関する原理的な面で，その信頼代学で用いられている壊変定数は，IUGS 傘下の性に大きな影響を与える要素としては標準試料とSOG (Subcommission on Geochronology)が推壊変定数の問題がある．

奨したもので (Steiger and Jaeger, 1977)，それ年代の標準試料は，年代測定を行う実験室間の以前ではそれぞれの放射性同位体に対して複数の確度チェックなどに欠かせない．さらにAr-Ar法値が用いられて混乱した状況にあった．その時点やゼータ値を用いたFT法では，用いる年代標準でも 87 Rbの値などに対して不満が見られたが，試料の年代値を基として年代数値を決めているの1990年代頃からはさらに40Kの壊変定数に対してで，その値の不確定さは測定された年代数値のすも，現在物理学などで採用されている値を用いるべてに及ぶ．しかしそうした標準試料の年代値べきと主張している研究者グループが存在していに対しても，十分に満足された年代として公認さる．

れているものは少ない．

現 在 用 い ら れて い る87R b の 壊 変 定 数 は

例えばAr-Ar法やFT法によく用いられる標準試

1.42 10-11/年であるが，この値では普通隕石の料として約28Ma の年代をもつFish Canyon Tuﬀ

Rb-Srアイソクロン年代は4.50Gaとなり，Pb-Pb

が あ る が ， そ の 報 告 さ れて い る 年 代 値 は年代が示す4.55 Gaとは明らかに差がある．その27.5~28.3Ma程度の幅があり，用いた鉱物試ため，両者の差は各系における閉鎖温度の違いと料，研究者などによって異なっている．同種類のして解釈されるのが一般的である．しかし87Rbの鉱物に対しても，研究室間で系統的な違いを生じ壊変定数として1.40 10-11/年を用いると，Rb-Srているが，その原因のひとつとしては年代数値をアイソクロン年代は4.55GaとなってPb-Pb年代と産出する際にさらに別の標準試料の年代値に依差がなくなり，両者は同じ事象を記していること拠している場合も含まれる．しかし少なくとも標になる．1977年以前には隕石などを対象として準試料の年代数値の比較に対しては，他の標準試

い た 研 究 者 は ，87R b の 壊 変 定 数 と して料の値に左右される方法は避けるべきであろう．

1.39 10-11/年を用いていた研究者が多く，このまた用いている鉱物中では，火山ガラス，斜長ような僅かな値の違いで解釈にも差が生じてくる石，ジルコンなどがあり，ジルコンに対してのので，この問題はいまだに大きな課題として残っ

U-Pb年代はやや古い値を示す傾向がある．このている．

場合なども，前述したように用いている鉱物や年注意すべきことは，年代学で用いている壊変定代測定の方法の違いで閉鎖温度も異なっているの数の値は定めた当時においては最良の値というこで，それらの影響の吟味が重要である．こうしたとで採用され，各研究者が異なった壊変定数を用際に，いわゆるミランコヴィッチ・サイクルを前いることによって生じる混乱を避けることを一番提として求められる天文年代との一致を重視するの目的としていたことである．それはある種の約立場もある．しかし天文年代は，ミランコヴィッ束ごとであり，現在，壊変定数として物理学，化チ・サイクルと気候変動などを結び付けたモデル学などで標準的な値として示されている数値と，に基づいて求めたモデル年代である．そのようなある程度のずれが見られてもそれらと調整するこ62

とはされてこなかった．しかし，現在年代学で用る前提条件を満足しているか否かを常に検討していられている放射性同位体の壊変定数を再検討すいくことが，一層重要になっている．

る動きもあるので，そのことを十分念頭においておく必要があろう．

謝辞

５．今後の課題

長から，第36回日本フィッション・トラック研しては以下のようなことが挙げられる．

感謝致します．

岩野英樹日本フィッション・トラック研究会会

放射年代測定に関して，今後の留意すべき例と究会で講演をする機会を与えていただいたことを・分析精度の向上にあわせて，補正などに用い文献ている定数などの確度・精度などを再検討す

Sano, Y., Tsutsumi, Y., Terada, K. andること（絶対測定などを含む）．

Kaneoka, I. 2002, Ion microprobe U-Pb・年代における精度・確度を明確化．

dating of Quaternary zircon: implication

・対象とする年代の意味を明確化．

for magma cooling and residence time. J.

・異なった手法間の年代の比較に際しては，用Volcanol. Geotherm. Res. 117, pp.

いる試料の特性を十分に考慮する．

285-296.

・標準試料の年代は，その特性を明らかにしてS t e i g e r, R . A . a n d J a e g e r, E . 1 9 7 7 ,おくこと．

Subcommission on Geochronology ‒・放射性同位体の壊変定数には不確定さが存convention on the use of decay constants

在．ＳＯＧの推奨値 (Steiger and Taeger,in geo- and cosmochronology. Earth1977) は，当時における混乱を避けるために

Planet. Sci. Lett., 36, pp.359-362.

設定されたもの．それらの改訂には，きわめWilde,S.A., Valley, J.W., Peck, W.H. andて慎重な吟味と十分な数の賛同者を必要とす

Graham, C.M. 2001, Evidence fromる．
・ほか

detrital zircons for the existence of

放射年代測定に関しての目覚しい分析技術的発

4.4 Gyr ago. Nature 409, pp.175-178.

continental crust and oceans on the Earth

展にともない，それに対応した各測定法におけ63