フィッション・トラック

ニュースレター第 19 号

47-49

2006 年

ジルコンのメタミクト化：ラマン分光法と FT 法による研究
荒武康治*・長谷部徳子**・奥野正幸*

Metamictization of zircon:
Study by Raman spectoroscopy and fission track methods
Koji Aratake*, Noriko Hasebe**, and Masayuki Okuno**

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

Meldrum et al. 1998 ）．蓄積された放射線損傷は，ジルコンは化学組成が ZrSiO4 であり，様々なその鉱物の物性を変化させ年代測定を可能にする

火成岩・堆積岩・鉱物中に一般的に含まれる付属重要な情報である．

鉱物である．その結晶形は正方晶系であり， SiO4

研究手法としては粉末 X 線法や赤外分光法等が四面体と ZrO8 十二面体から成る．この構造中の主流であったが， 1970 年代に入ってラマン分光Zr4+のサイトは他の微量元素により置き換えら光度計を用いてメタミクト化の程度を見積もる研れることがある．放射性元素に置き換えられた場究が行われ始めた． Nasdala et al. （ 1995 ） は合，これらの壊変はジルコンの結晶構造に損傷をジルコンの放射線損傷の程度を数値化することを与え，損傷の程度が著しくなると非結晶質のメタ試み，メタミクト化状態に特徴的な 1000cm-1 付

ミ ク ト 状 態 に 達 す る （ Ewing et al., 2003 ;近のν3SiO4 伸縮伸長ラマンバンドの半値幅（以下 FWHM ）を用い，放射性元素の濃度と年代から計算したα線量と，メタミクト化の指標であるFWHM が直線にのることを示した（図 1 ）．その際 Nasdala et al.（ 1995 ）は年代値として U-Pb法によって求めた値を用いた．しかし， U-Pb 法
は U と Pb に関して閉鎖系になって以後経過した時間を見積もっており，放射性損傷の蓄積期間と一致しない場合もあり得る．
ラマン分光特性に影響を与える放射線損傷としてはαトラック（α線による損傷＋α反跳による損傷）が考えられる．同じく結晶中の傷である
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U の自発核分裂によるフィッション・トラック（以下 FT ）は熱を加えるとアニーリングされるため，αトラックも同様の熱安定性を示す可能性
Nasdala et al. (2001) の検量線． 4 種類の異ながある．このことは， Nasdala et al.（ 2001 ）でるジルコン試料の FWHM とα線量との関係．正の相関も Mulcahy Lake 斑レイ岩からのジルコン試料でが見られる．

は， U-Pb 法より FT 法の年代値を用いた方がα

図１.

線量を正しく見積もれたことからも示される．ま47

FWHM にどのような影響を与えるかに関する議論を行った．

試料と実験
本実験では合成ジルコンと天然ジルコンを用いた．
合成ジルコンは Lu, Ce, Nd, Ho, B, Co, Ba,Sr, As, Yb, Mn, Sc, U の微量元素を１試料につき 1 元素強制的に付加した 13 試料を九州大学名誉教授進野勇氏より提供いただいた．付加元素の図 2. 付加元素の濃度と FWHM ．付加された 3 周期の元素の濃度と FWHM との関係は正の相関が見られる．

濃度を LA-ICP-MS で分析しメタミクト化との関係を調べた．
天然ジルコンは年代の異なる FT 標準年代試料（ TRG・BM4・MDC・LMR ）を用いた．ラマン
分光光度計を用いてそれぞれの試料の FWHM を測定し，α線量との関係を調べた．α線量はLA-ICP-MS で求めた 238 U ， 235U ， 232Th の濃度及び年代値により計算した． TRG については通常試料（ TRG6 ）の他に中性子を照射して FTによる損傷を与えた試料（ TRG1-5 ， 1-3 は京都大学原子炉実験所で TC-Pn 照射施設を用いて 20時間， 4-5 は Hyd 照射施設を使用して 1 時間照射した）を用意した．そのうちの一つはさらに1000℃で 2 時間加熱して FT 損傷を修復させた（ TRG3 ）．

図 3. 天然ジルコンの LA-ICP-MS 結果．横軸が検出できた元素の種類，縦軸がその濃度である．

結果・考察
LA-ICP-MS 元素分析の結果， 3 周期の元素が高濃度で合成ジルコンに付加していたが，他の周期の元素は Zr に入りにくく，濃度が低かった． 3

た検量線で利用される FWHM がν3SiO4 伸縮伸

周期微量元素濃度と FWHM との関係をグラフに長ラマンバンドを利用したものであることを考慮すると，図 2 のように正の相関を示した．この結すると化学組成の違いがラマンスペクトルに影響

果より合成ジルコンの FWHM は主に付加されたを与える可能性も否めない．以上の理由から本研

第 3 周期の微量元素の濃度に影響を受けることが究ではラマンスペクトルが何によって変化するか分かった．しかし天然ジルコンの LA-ICP-MS 分を明らかにするために①微量元素を付加したジル析結果（図３）によると，含まれる微量元素は数コン試料がラマンスペクトルにどのような影響を百 ppm 以内であることが多く，微量元素の影響与えるかの議論②FT 年代から求めたα線量の見は小さいと考えられる．

積もりが可能な試料を用いた検量線の評価③天然

天然ジルコンの LA-ICP-MS 元素分析の結果試料に中性子を照射して強制的に作った FT がより U-Pb 年代を出すと，ほぼ FT 標準年代に近48

まとめ
合成ジルコンのラマンスペクトルの半値幅に影響を与えるのは付加された 3 周期の元素の濃度である可能性が高い．
天然ジルコンでは微量元素含有量のオーダーを考えると FWHM に与える影響は小さい．
FT 標準年代試料で FT・U-Pb 年代値を用いてプロットすると検量線に近いところにプロットできる．
FT が FWHM に与える影響は小さい可能性が高い．

謝辞

図 4. FT 年代と U-Pb 年代それぞれの年代値を用いて計算したα線量と FWHM の関係．どちらの年代値を用いても，直線で示した Nasdala et al.の検量線近くにプロットされることがわかる．

ラマン分光分析は，若狭湾エネルギー研究セン
ターおよび，北陸先端科学技術大学院大学小矢野研究室で行った．また LA-ICP-MS 分析は金沢大表 1.

学荒井研究室で行った．本研究には科学研究費補FT 年代と U-Pb 年代。FT 年代は推奨年代助金（課題番号 17654095 ）を利用した．

引用文献
Ewing, et al., 2003, Radiation effects in zircon, Rev.
Mineral. Geochem. 53:
Meldrum et al., 1998. Radiation damage in zircon
and monazite. GCA,62: 2509-2520.

い値を示した．これらの年代値を用いてα線量をNasdala,et al.,1995, The degree of metamictization

計算して FWHM との関係を示したものが図４でin zircon: a Raman spectroscopic study. Eour. J.

ある．どちらの年代値を用いても検量線に近い場

Mineral,7: 471-418.

所にプロットされ，α線量の増加とともに FWHM

Nasdala ， et al.,2001 ， Metamictization ofも増加することは確かめることができた．表１でnatural zircon ： Accumulation versus thermal

は， TRG の FWHM を示している．どの試料もannealing of radioactivity-induced damage ，FWHM の値は同様であり， FT が FWHM に与え

Contrib Mineral Petrol ， 141: 125-144 ．

る影響は小さい可能性が高い．

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