フィッション・トラック

ニュースレター第 19 号

71-73

2006 年

段階エッチングを用いた第四紀火山ガラスのフィッション・トラック年代測定の試み
伊藤健太郎*・長谷部徳子**

Fission-track dating of Quaternary volcanic glass
using stepwise etching procedures
Kentaro Ito* and Noriko Hasebe***

金沢大学理学部地球学教室， Dept. Earth Sciences, Kanazawa Univ.

** 金 沢 大 学 自 然 計 測 応 用 研 究 セ ン タ ー , Institute of Nature and Environmental Technology,
Kanazawa Univ.

はじめに

実験方法

日本には様々な広域テフラが存在しており，こ使用した試料は長野県和田峠産の黒曜石である．の中に含まれる火山ガラスは噴火様式やマグマの①ウラン 238 濃度を測定するための LA-ICP-MS

化学組成などに対応して形態・色・屈折率などに分析②単位体積当たりのトラック数を求めるため特徴を示し，テフラの同定に役立つ（町田・新井,の段階エッチング実験を行った．

1992 ）．この広域テフラを同時間面として用いる①化学分析： LA-ICP-MS 分析はレーザー径をことで空間的に離れた地層同士の層序関係を読み40μm ， 1 秒間に 5 回レーザーを照射し測定時間解くことが可能となる．このテフラの年代決定には 25 秒とした．測定は５点で行い，内部標準元は火山ガラスを利用したフィッション・トラック

素には事前に行った SEM-EDAX 分析結果から（ 以 下 FT ） 年 代 測 定 法 が 利 用 さ れ て き た

29Si を使用した．

（ Westgate, 1989 ;Walter, 1989 ）．しかし，火②段階エッチング実験：実験の都合上，観察ト山ガラスは常温下でトラックが小さくなるというラック数を増やすために黒曜石の熱中性子照射を性質がある．そのため，観察面に交差するトラッ行った．エッチングに使用した溶液はフッ化水素

ク数の減少を引き起こし，結果として平面観察で酸（ HF ）でその濃度は 24%HF ， 12%HF の 2行われていた従来の FT 年代は真の年代よりも若種類で行った．エッチング時間は 24%HF が 15くなる．その補正方法として代表的なものが秒， 12%HF が 90 秒で温度は共に 30℃とした．

Isothermal plateau （ ITP ） -FT 法 で あ る

エッチング後に光学顕微鏡下でそれぞれ 100μm（ Westgate, 1989 など）．しかし，この方法は補四方の範囲を 4 画面ずつ観察し，トラック数を測正に長時間（ 30~90 日間）必要なことや熱中性定した後，写真を撮り，次のエッチングを行うこ

子照射による放射能物質を取り扱うため，決してとを繰り返した．また，エッチング前後のガラス使い勝手が良いと言うわけではない．そのため，の厚さをマイクロメーターで直接測定した．

ガラスの FT 年代の補正法は利用する研究者にと結果と考察って常に議論の的であった．そこで観察面を交差するトラック数を計測するのではなく，単位体積①化学分析： LA-ICP-MS 分析からウラン 238当たりのトラック密度を測定することで FT 年代

濃度は測定したどの点でも 9.18ppm 前後であり，が求められるかどうかを議論することとした．

均一であった．
②段階エッチング実験： 12%HF と 24%HF と71

つ観察面に対してウランの核分裂片が垂直に入射した場合を考えた．以下の式にある te は単位エッ34)56/072'!

チング時間である．筒状モデルは Vg=&!
%!

（ Rk+1-Rk ）/te ，三角形状モデルでは Vg=$!
#!

（ Rk+1-Rk ）/te・tanθ（任意角θ），半球状モデ"!

ルでは Vg={X・（ Rk-Rk+1 ）}/{te・（ Rk+1・k-Rk ・!
!

&!!

k-Rk ）} （ X は最初のトラック半径とエッチング"!!!

()*+,-./01289:速度に依存する距離）となった．任意のパラメー;

タを含まない筒状モデルから求めた Vg とマイクロメーターから求めた Vg を比較した（図 2 ）．こ

図1

エッチング時間とトラック数の関係(12%HF)の結果，長径と短径の値を使ったモデル値のどちらもマイクロメーターから求めた値にあまり差はもエッチングを繰り返すごとにトラック数の増加ない．そのため，バルクエッチング速度 Vg の見が観察された（図１）．

積もりには筒状モデルで十分であると考えられる．

次にエッチングされた体積の見積もりを行った．

さらに求めた Vg から単位体積当たりのトラック

バルクエッチング速度 Vg を求めるために k 回目数を計算した．今回の試料中の観察トラックは中と k+1 回目のエッチング後の観察面におけるト性子照射により生じたものであるので，以下の式

ラック半径 Rk と Rk+1 を測定した．このトラックからおおよその数を計算することが出来る．

半径の測定には写真を使って米国国立衛生研究所

Ni=238N・I・σ・φが無料で配布している ImageJ という画像処理ソここでフトを用いた．この測定においてトラック半径を238・・・（１）N はウラン 238 量で LA-ICP-MS 分

析から求めた濃度（ ppm ）， I はウラン 235 とウ

直接求めることは出来ないので，トラック直径をラン 238 の同位体比，σは核分裂断面積（ cm 3 ），求めた後，その直径の半分をトラック半径としてφは熱中性子線量（/cm2 ）である．この式より利用した．その際，トラックの長径と短径の両方求めた値と，段階エッチングで求めた値を比較しで半径を測定した．

たところ，誤差範囲でおおむね合っている（図 3 ）．

次に 3 種類のトラック形状モデルを考えた（筒状，半球状，三角形状）．このモデルではガラスは年代式の構築等方体であるためエッチングも等方的に進み，か上記で求めた単位体積当たりのトラック密度の式や LA-ICP-MS を使用して求めたウラン 238 濃23456789:;<=>,?@ABCD"/!"!(度を用いて， FT 年代式を導く．まず年代の基本!"!'式より
t=1/λα・ln （λα/λf・N s/238N+1 ）!"!&・・・（２）!"!%

エッチング時間の増加に伴ってトラック数も増#$)*+,-./#$)*+,0./$&)*+,-./$&)*+,0./#$)*+1##$)*+1$$&)*+1#$&)*+1$!"!$!"!#

加するので，そのトラック増加速度を Vtrack （個/sec.）とする．トラック数の測定を A cm2 四方で 行 い ， バ ル ク エ ッ チ ン グ 速 度 を Vg（ cm/sec.）とすると，エッチングにより削られ!
EFGH3

IJ4KLMNM

た単位体積 U は，
U=Vg・A （ cm3 /sec.）

図２ 半径を用いてモデルから求めた Vg とマイクロメー
ターから求めた Vg の比較．

72・・・（３）!

56789:;<01234=>?@() @ABCD E

これにより段階エッチング実験により求めたトラック増加速度，バルクエッチング速度 Vg および LA-ICP-MS から求めたウラン 238 濃度から'

FT 年代を求めることが出来る．

&

()

&

結論

%

LA-ICP-MS で火山ガラスのウラン 238 濃度を$直接的に測定することが出来た．段階エッチング#実験によりエッチング時間の増加と共にトラック(*+,*"+,./01234"!

数の増加が確認された．観察したトラック数とトラックの半径の差（ Rk+1-Rk ）を利用した筒状モ

FGHIJ ./01234

デルから単位体積当たりのトラック密度を測定出来た．この２つを組み合わせた新たな FT 年代式を使うことで火山ガラスを使った迅速かつ，精度

図 3 Vg から求めた単位体積当たりの個数と誘導トラック数の比較．の良い FT 年代測定が可能である．

引用文献
長谷部徳子, Jocelyn Barbarand, Andrew Carter,となる．すると，単位体積当たりの自発トラッ

Tony Hurford （ 2003 ）, LA-ICP-MS FT 年代測

ク密度 N s （個/cm3 ）はトラック増加速度 Vtrack

定法のための年代式の展開, フィッション・トラッ

を単位体積 U で割ることによって求められる．

ク ニュースレター, 16, 1-5.

Ns=Vtrack/U= Vtrack /Vg/AJohn A. Westgate （ 1989 ）, Isothermal plateau・・・（４）fissin-track ages of hydrated glass shards fromsilicic tephra beds, Earth and Planetary

また， LA-ICP-MS から求めたウラン 238 濃度

Science Letters, 95, 226-234.

を用いると（ Hasebe et al.,2003 ）238

N=238U・10-6 ・（ N A/M ）・d町田洋, 新井房夫（ 1982 ）, 新編火山灰アトラス [日・・・（５）

本列島とその周辺].

よって式（５）と式（１）を式（２）に代入す

Robert. C. Walter （ 1989 ）, Application andると，limitation of Fission-track geochronology to
Quarternary tephras. Quaternary International,

t=1/λ α ・ ln （ λ α /λ f ・ [ （ Vtrack /Vg ）・

Volume 1, 35-46.

108]/[238 U・10-6・（ N A/M ）・d]+1 ）t=1/λα・ln （λα/λf・（ Vtrack・M ）/（ Vg ・238U・NA・d ）・1014+1 ）・・・（６）

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