球状コンクリーションの Sr 同位体比による地質年代決定とその意義

吉田英一＊1

Yoshida Hidekazu

1 はじめに：球状コンクリーション

淺原良浩＊2Asahara Yoshihiro

化石を産出することから，特に古生物学の分野では1 世紀以上も前より知られ，化石研究における重要球状コンクリーションとは，海底に堆積した地層な役割を担ってきた。しかし，コンクリーション形（堆積岩）中から産出する非常に緻密で硬く，そし成のメカニズムについては，これまで不明のままでて多くの場合，球状で主に炭酸カルシウム（鉱物はあった。我々研究グループは，その形成メカニズム主に方解石（カルサイト））を主成分とする岩塊のを明らかにすることを目的に，ツノガイコンクリーことを指す（図 1）。その丸い岩体は，世界中の堆ション（図 2）をはじめ，様々なコンクリーション積岩から産出する。これらは，時にはノジュールとの調査・分析を行い，近年，以下のことを明らかに呼ばれることもあるが，堆積学的には「コンクリーするに至った 1, 2）。

ション」が専門用語として用いられている。

1）球状コンクリーションの主成分となる炭酸カル

この球状コンクリーションは，中から保存良好なシウムの炭素成分は，生物の有機炭素由来であること
2）球状コンクリーションは，海底堆積物中に埋没した生物の腐敗に伴う有機酸の拡散と，海水中のカルシウムイオンとの過飽和・沈殿反応によって成長すること
3）成長速度は非常に速く，メートルサイズのもの
でも数年～数十年で形成されることこれらの研究結果のうち，特に形成速度については，従来の推測，概念を覆す成果だと言える。このことは，次に述べる球状コンクリーションを用いた，ストロンチウム（Sr）同位体比による地質年代決定法の科学的拠り所ともなっている 3）。

図 1 球状コンクリーション。ニュージーランドの約 5,000万年前の地層から産出したもの。同じ地層から産出したコンクリーションの内部からは，クジラの頭の化石が発見された。このサイズのコンクリーションでも数年～数十年で形成されることが明らかとなった（参考文献 2）。

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2 Sr 同位体層序学の応用
球状コンクリーションは，海水中のカルシウムイ

AacbX線強度dB

図 2 Sr 同位体層序年代決定に用いたツノガイコンクリー
ション（a，b 断面）とツノガイ中の元素分析（c：Ca，d：Sr）
及び元素プロファイル（点線箇所）。参考文献 3 の図を一部改変。

図 3 カンブリア紀から現在までの Sr 同位体比曲線（A）と約 2,500 万年前から現在までの部分の拡大（B）。参考文
献 3 の図を一部改変。

オンを濃集・沈殿させ，急速に成長する。その際に，した炭酸カルシウムを主成分とする石灰岩や石灰質

海水中の Sr も同様に濃集させることが分かってき堆積物，化石等の Sr 同位体比の膨大な分析データた。その濃集量は，コンクリーション周辺の地層中を紡いだものであり，Sr 同位体層序（学）とも呼ばの Sr 濃度の少なくとも 2 倍以上である（図 2）。

れている 6，7）。その Sr 同位体比の過去約 5 億年の変海水から Ca が沈殿する際に，同じアルカリ土類化を示した曲線が図 3 である。この曲線の，特に金属元素の Sr が一緒に沈殿，濃集することは一般

4000 万年前以降の若い時代では，ほとんど直線的4）に知られた現象である 。その Sr の濃集状態は，に Sr 同位体比が上昇していたことが分かっている。

元素マップに示すように，コンクリーション中にほつまり，もし分析した試料の Sr 同位体比（87Sr⊘86Sr）

ぼ均一である。このことは，コンクリーションが急が，この比較的若い時代の，特に約 4000 万年前よ速に炭酸カルシウムを沈殿させ，成長するのと同時り若い時代において，Sr 同位体比の直線的な変化に海水中の Sr も同様に濃集していることを表しての時代のどこかと一致したならば，その試料の堆積いる。このことは，当時の海水中の Sr の同位体比年代を高い精度（± 10 万年程度の年代誤差）で決がそのまま記録されている可能性を示唆する。

定できることを示している。このことは，年代決定

地球の過去の海水中の Sr 同位体比については，海のできる化石が産出しない地層の年代を，球状コン底に堆積してできた石灰岩等の Sr 同位体比（ Sr⊘ Sr）クリーションの Sr 同位体比で決定できることを意の分析結果から，カンブリア紀（約 5 億 5000 万年前）味する。

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以降の海水中の詳細な Sr 同位体の変化が明らかとなっている 5）。これは，過去に世界中の海底に堆積

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No.7657表1

試料名87Sr/86Sr

成分

年代（万年）*1

ツノガイコンクリーション
111401
calcite（カルサイト）
111403
calcite（カルサイト）
111404
calcite（カルサイト）
111405
calcite（カルサイト）
111406
calcite（カルサイト）
111409calcite（カルサイト）
平均0.708651
0.708648
0.708657
0.7086650.708671
0.708651
0.708657+/+/+/+/+/+/+/-

0.000013
0.000013
0.000014
0.000011
0.000013
0.000014
0.000009

1708 (+27, -28)

無化石コンクリーション
0708-01
calcite（カルサイト）
0708-02
calcite（カルサイト）
0708-03
calcite（カルサイト）
0708-04
calcite（カルサイト）
0708-05
calcite（カルサイト）
平均
コンクリーションの平均

0.708657
0.708645
0.708682
0.708676
0.708664
0.708665
0.708661+/- 0.000011+/- 0.000014+/- 0.000013+/- 0.000011+/- 0.000011+/- 0.000014+/- 0.000009

1695 (+36, -37)
1702 (+27, -27)+/+/+/+/+/-

1686 (+34, -34)

ツノガイ（殻部分）
a1
aragonite（アラゴナイト） 0.708680
1996-01
aragonite（アラゴナイト） 0.708654
2014-01
aragonite（アラゴナイト） 0.708669
2015-01
aragonite（アラゴナイト） 0.708675
平均0.708670
周辺の地層
111407111408111410＊1

0.000014
0.000014
0.000013
0.000013
0.000012

calcite（カルサイト）
0.709121 +/- 0.000013
calcite（カルサイト）
0.708626 +/- 0.000014
calcite（カルサイト）
0.708693 +/- 0.000011（周辺の地層の Sr 同位体比は一定でないため年代決定ができない）

参考文献 5）の Sr 同位体曲線に基づいて決定した年代.

3 球状コンクリーションの Sr 同位体比
炭酸カルシウムを主成分とする球状コンクリーションの Sr 同位体比を利用した年代測定の可能性

Sr 同位体比の年代曲線を用いることにより，化石年代（相対年代法）や放射年代法から求められる年代よりも精度の高い年代を導き出すことができるかもしれない。

を確認するために，既に地質時代の分かっている地

この考え方を検証するために，ツノガイコンク

層から産出する球状コンクリーション（ツノガイコ

リーションの Sr 同位体比を集中的に分析し，Sr 同ンクリーション．図 2）の Sr 同位体比の測定を行っ位体比の年代曲線から年代決定を行った。分析は，た。ツノガイコンクリーションを産出する地層は，ツノガイコンクリーションの他，比較のためにツノ富山県八尾町に分布し，同じ地層から産出する珪藻ガイの貝殻部分，周辺の地層部分も行った。ツノガ

化石や貝化石の年代の他，K-Ar 法という岩石中のイの貝殻部分は当時の海水起源の成分で形成されてK の壊変に伴う Ar の量比による年代測定法等かおり，貝殻に含まれる Sr の同位体比は，ツノガイ

ら 1,700 万年前～1,500 万年前の地層と報告されていコンクリーションに含まれる Sr の同位体比と一致る。もし，この地層中から産出するコンクリーするはずである。一方，周辺の地層部分は，Sr をションから精度の高い Sr 同位体比が得られれば，含んでいたとしても，その由来は堆積物中の鉱物等

408408-10）

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であり，ツノガイコンクリーションやツノガイの貝層序年代決定法の適用性を示す重要な結果であると殻部分とは異なった Sr 同位体比を示すはずである。

も言える。

Sr 同位体層序年代のコンクリーションへの適用性を確認するためには，これらの比較が不可欠である。

複雑系で生じた自然現象に対して，そのプロセス更に，同じ地層から産出する，化石（貝殻等）をを推測でき，ほぼ予想通りに分析結果と一致すると含まない‘無化石コンクリーション’の分析も行っいうことは非常に希なことである。このような，炭た。炭酸カルシウムを主成分とする球状コンクリー

酸カルシウムの球状コンクリーションを単独で年代ションは，生物の腐敗とともに非常に早く形成され測定に活用したのは世界初の試みである。この方法る。つまり，これは，貝殻のような‘化石’を含んによって，化石等を産出しない地層の年代の測定もでも，含まない‘無化石コンクリーション’であっ可能と考えられる。これは，球状炭酸塩コンクリーても，同じプロセスによって形成されると考えられションの応用・活用性として，今までにないアプローる。したがって，今回，ツノガイコンクリーショチと言えるだろう。もちろん，その適用性や手法とンを産出する地層中の，ツノガイコンクリーションしての汎用性については更に検討が必要だが，将来と，いわゆる‘無化石コンクリーション’の Sr 同的には，堆積岩の形成年代推定の 1 つの有効な手段位体比が一致すれば，化石の有る無しに関わらず，として活用されることが期待できる。

1，2）

コンクリーションのみの Sr 同位体比によって，堆積岩の堆積年代を精度よく推定できるようになる。

4 Sr 同位体比の分析結果と意義
ツノガイコンクリーション，ツノガイの貝殻部分，周辺の地層部分そして‘無化石コンクリーション’の Sr 同位体比の分析結果を表 1 に示す。分析の結果，ツノガイコンクリーション，ツノガイの貝殻部分及び‘無化石コンクリーション’の Sr 同位体比が同じ値を示すことが分かった。そして，Sr 同位体の年代曲線とのマッチングによって，ツノガイコンク
リーションと‘無化石コンクリーション’のすべての Sr 同位体比が示した地質年代は，1702 ± 27 万年という，これまでに報告された化石年代や K-Ar年代よりも精度の高い年代値（± 10 万年オーダーでの推定が可能）であることが示された 3）。
このようにすべてのコンクリーションの Sr 同位体層序年代が一致したことは，炭酸カルシウムコン

参 考 文 献1） Yoshida, H., et.al., Scientific Reports 5:14123 | doi:10.1038⊘srep14123（2015）
2） Yoshida, H., et.al., Scientific Reports 8:6308 | doi:10.1038⊘s41598-018-24205-5（2018）3） Yoshida, H., et al., Scientific Reports 9:1003 | doi:10.1038⊘s41598-019-38593-9（2019）4） Holland, H. D., et al., Geochim. Cosmochim. Acta, 28,1287-1301（1964）
5） McArthur, J. M., et al., Journal of Geology, 109, 155170（2001）
6） McArthur, J., et al., Geologic Time Scale 2012, Chapter
7, 127-144（2012）doi: 10.1016⊘B978-0-44459425.
00007-X.
7） Howarth, R. J., et.al., Journal of Geology, 105, 441-456（1997）
8） Watanabe, M. & Yanagizawa, The Island Arc, 14, 91101（2005）9） Tamaki, M., et.al., Bull. Geol. Surv., 57, 73-88（2006）10）Shibata, K. K-Ar ages of volcanic rocks from theHokuriku Group. The Memoirs of the Geological Societyof Japan, 8, 143-149（1973）

クリーションが，地層の堆積直後に形成されたことを示すと同時に，コンクリーションへの Sr 同位体（＊ 1＊2

名古屋大学博物館，名古屋大学大学院環境学研究科）

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