名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXVI , 20l 5.03

石川県金沢市犀川|河岸段丘に分布する非アロフェン質黒ボク土の特徴と生成

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1.はじめに

環太平洋火山帯に位置する日本は世界有数の火山国であり、火山噴出物を母材として生成した黒ボク土が北海道、東北、関東、九州に広く分布する。その分布面積は国土の 17% を占めるが、世界的には黒ボク土は稀であり、その分布は全陸域の 0.8% にすぎない。しかし、その 50%が今後ます
ます食糧生産の増加を必要とする熱帯地域に分布し、世界の食糧生産の観点から非常に重要な土壌である。また、近年は地球温暖化を背景に、有機態炭素を大量に蓄積する黒ボク土の機能が注目されている。日本に分布する黒ボク土は粘土鉱物であるアロフェンの含量と土壌酸度(yl) Iこよってアロフェン質黒ボク土と非アロフェン質黒ボク土に類別され、分布面積はそれぞれ 45 ， 130也l' と19，460凶2 である (Saigusa andMatsuyama1998)。アロフェン質黒ボク土は完新世テフラの影響が大きく比較的雨の少ない地域に分布し、非アロフェン質黒ボク土は多雨で完新世テフラの影響が少ない− 163 −

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地域に分布するとされている。

北陸地方には風上に主要な火山が存在しないため、これまで黒ボク土は分布しないとされてきたロ
しかし、石川県金沢市犀川|河岸段丘面には土地分類基本調査(1969) において玉川|統および野田統に区分される黒ボク土が分布している。これらの大部分は市街地化されているものの、一部は果樹園や水田として利用されている。しかし、これらの黒ボク土の鉱物および有機物の特徴、また、火山灰の給源は不明である。そこで、これらの段正面の黒ボク土の特徴と生成について検討を行った。

2. 材料および方法!?;車\rj司:内unu

た。各層位から採取された土壌試料を165m

nu点を選定し(図 1)、土壌断面調査を行っ

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位段丘面 1 地点および中位段丘面 1 地(E}E-日冒o〉@

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風乾した後、 2mm の簡を用いて飾別し、図1.調査地の概要

炭素・窒素安定同位体比 (õ 13 C ・ õ"N)の測定および X 線回折(盟D) による粘土鉱物の同定を行ったロ火山ガラスおよび炭化物の形態を観察するため、脱鉄処理を行った細砂を 8PT 重液によって 2 画分(1.60~2.00 g/crn' および 2.00~2.50g/crn3 ) に分離し、走査型電子顕微鏡(8E聞による形態観察を行った。犀川左岸高位段丘面倒DY)において採取された黒色度の高い A 層 3 点 (0-20 cm, 20‑40cm, 40‑60cm)およびそれらの土壌から抽出・精製された腐植酸の 14C 年代を名古屋大学のタンデトロン加速器質量分析計を用いて測定した。
9.
003. 結果および考察

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3. 1.炭素・窒素安定同位体比131

図 2 に土壌の õ C と õ 'Nの関係をプロットした。それらの分布は従来報告されている黒ボク土の分布(Katsu血i eta1., 2015) とほぼ一致した。このことは、 (1) 他の地域の黒ボク土と同様に土壌有機物の給源に白植物.企.. ・ ，6.
00進z悶

企.

•3.
00ことを示す。一連の土壌の中でも NDY の õ 13 C は特に高く(ー 15 .4~ー 17.0%0)、 C4 植物の寄与率は 7 割に達した。

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このことは、 NDY において長年にわたり草原植生が維4

企企 tが含まれていること、 (2) 土壌有機物の腐植化度が高い. j

3ユ放射性炭素年代
土壌および腐植酸の 14C 年代はそれぞれ 1 ，405~4.640 BP および 1.710~久 115 BP であり、土壌深度の増大と共に直線的に 14C 年代が増加した。腐植酸と土壌の 14C 年代を比べると、腐植酸の方が− 164 −名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXVI , 2015.
03

土壌より 200"-500 BP ほど古い値を示した。これは腐植酸の抽出・精製の過程で比較的新しい炭素が取り除かれたためである。 NDY における黒色度の高い A 層の形成開始時期は日本の他地域における黒色土層の形成開始時期と重なる。例えば、日本の有名な黒色土層である富士黒土層の腐植酸の 14C 年代は 5 ， 160"-7，720 BP を示すことが知られており(坂上ら 1985) 、これらの時代は日本では縄文時代に相当する。縄文時代は人間活動が活発になった時期であり、この時代を境に土壌や堆積物から大量の炭化物が急激に検出されるようになる (S出aki andTakahara, 2012)
0 NDY においても黒色A 層の細砂(1.60"-2.00 g/cm3 画分)からは草本由来と思われる短冊型で縦筋の間隔が狭い炭化物が多13く検出されており(図 3)、実際にそれらの ö C は-18.2"--16.1%。と高い値を示した。これらの結果はプラントオパールによる植生解析結果(未発表データ)と調和的である。したがって、 NDY では A層形成開始時(5 ， 115 BP) から現在に至るまで草原植生を維持するために火入れがコンスタントに行われていたと思われる。火入れと黒色土層の形成は密接な関係があるとされており(平舘・井上，2013) 、本研究サイトにおいても現在検討中である。

δ13C =-18.2%。

CR68%
C4=

δ13C =・ 16.5%。

C~=81%

δ13C =・ 16.1%。

CR
c4=84%

図 3.NDY の細砂から重液によって分離された炭化物の SEM 像。 A から c のスケールは 250阿n、 d から f のスケールは 60阿n に相当し、 a および d は 0-20cm、b および e は 20-40 cm、 c および f は 40-60cm から採取された土壌から分離した炭化物である。 CRc4 は C4 植物の寄与率を示す。 CRc4の算出にあたり、 C3植物の ö 13 C を -27%。、 C4 植物の ö 13 C を -13%。と仮定した。
3.3. 火山ガラス

細砂にはパブ、ルウオール型の火山ガラスが 6.34"-44 .2%含まれており、それらの比重 2.00"-2.50

g/cm3 は主にパブ、ルウオール型および軽石型の火山ガラスから構成されていた(図 4)。調査地域の風上に主要な火山が存在しないため、広域テフラがそれらの給源となったと思われる。金沢に到達した後期第 4 紀の広域テフラは 8 つある(町田・新井 2003): 鬼界アカホヤ (K-Ah， 7.
3ka); 欝陵隠岐(U-Oki，− 165 −名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXVI , 2015.
0310.7 同;姶良丹沢(AT， 26‑29ka); 大山吉倉(Dロ，5.
5ka); 阿蘇 4(Aso-4， 85‑90ka);鬼界葛原(K-Tz，95 ka);阿多 (Ata， 105‑110ka);三瓶木次 (SK，110-115)。調査地付近におけるボーリング試験の結果(中村ら， 2003) から、 AT 以前の広域テフラが A 層に混入するとは考えにくい。さらに、(1)SEM と実体顕微鏡によって観察された火山ガラスの形態的特長は K-Ahと U-Oki によく一致すること、 (2) 14C 年代がえ 115 BP を示すことから、 K-Ahおよび U-Oki が研究サイトに分布する黒ボク土の火山ガラスの給源となった可能性が高い。今後、 EPMA を用いて火山ガラスの給源を詳細に調べる予定である。なお、北陸地方と同様に風上に大きな火山がない東海地

図 4. 各ベドン Bw 層の細砂から重液によって分離された火山ガラスの SEM 像。スケールは200阿n に相当する。 a は SUE、 b は NGS 、 c はKNM 、 d は TYM である。

方の一部にも非アロフェン質黒ボク土が分布しており、それらの火山ガラスの給源は K-AhおよびAT とされている(新井ら 1984)。したがって、北陸および東海を含む中日本に分布する非アロフェン質黒ボク土の生成には、広域テフラである K・Ah や AT が極めて重要な役割を果たしている可能性が高い。

3 .4.粘土鉱物

XRD の測定結果から A 層の主要な粘土鉱物は 2:1 "'2:1:1 型中間種鉱物およびカオリナイトであり、 Bw 層ではそれらに加えて 2:1:1 型鉱物が存在することが明らかとなった。これらは非アロフェン質黒ボク土に一般的に見られる粘土鉱物であるが (Sh吋 i eta1., 1993) 、火山灰の風化によってこれらの鉱物が多く生成するとは考えにくく、広域風成塵として混入したという考えが支持されている(InoueandN制民 1987)0 K
itagawaeta1., (2005) は本研究サイトに近い地域(福井県坂井市三国， 36 0
15'32"N , 136013'35"E , 80maふ1.)において微細石英の酸素空格子による ESR 信号強度を測定した
ところ、最終氷期の海洋酸素同位体ステージ 2 の時期に冬期北西季節風によってアジア大陸北部のカンブリア界から運ばれてきた風成塵がかなりの割合で混入していることを明らかとした。さらに、加藤(2007) は非アロブェン質黒ボク土の母材の給源として河川氾濫原などの裸地からの風成の堆積物が重要な役割を果たしていることを示した。本研究サイトは犀川に沿って分布していることから、河川氾濫原からもたらされる粒子や大陸からの広域風成塵が混合し、地形的に安定な段正面上に堆積して生成した可能性がある。さらに、それらの堆積過程で K-Ahや U-Oki などの広域テフラが混入し、黒ボク特徴が付加されたのかもしれない。

引用文献

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日本語要旨

北陸地方は火山灰の影響が少ない地域とされてきたが，石川県金沢市犀川|河岸段丘面には火山灰土壊である黒ボク土が分布している。しかし，これらの黒ボク土の鉱物および有機物の特徴，また，火山灰の給源は不明である。そこで，これらの段丘面の黒ボク土の特徴と生成について検討を行った。細砂にはバブルウオール型と軽石型の火山ガラスが多く含まれており、これらは広域テフラである K抽および U-Oki が給源であることが考えられた。粘土鉱物の XRD では 2:1~2:1:1 型中間鉱物およびカオリナイトを主体とするピークが明瞭に表れ、アロフェンはほとんど含まれていなかった。土壌と腐植酸の 14 C 年代測定を行ったところ ， A 層の形成開始時期は縄文時代であった。広域テフラを含む風成塵の堆積と縄文時代のインパクトが北陸地方における極めて黒色度の高い黒ボク土の生成の鍵となったと恩われる。

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