フィッション・トラック

ニュースレター第36号

6 - 8 2023年

日本の山岳地域におけるESR熱年代学の適用―試料の前処理によるESR信号への影響の評価―
梶田 侑弥*・末岡 茂**・谷 篤史*** ****・磯谷 舟佑***・田上 高広*
Application of ESR thermochronology for mountains in Japan:
an assessment of ESR signal variation caused by sample preparation
Yuya Kajita*, Shigeru Sueoka**, Atsushi Tani*** ****, Shusuke Isogai***and Takahiro Tagami** 京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻，Graduate School of Science, Kyoto University** 日本原子力研究開発機構，Japan Atomic Energy Agency*** 神戸大学大学院人間発達環境学研究科人間環境学専攻，Department of Human EnvironmentalScience, Graduate School of Human Development and Environment, Kobe University**** 神戸大学分子フォトサイエンス研究センターテラヘルツ化学研究部門，Division of Terahertz
Molecular Chemistry Laboratory, Molecular Photoscience Research Center, Kobe University

1〜100 ℃/Mryで算出）と超低温である．近

はじめに
近年，低温熱年代学の手法を用いて，若い島

年，年代測定手法の改良（Tsukamoto et al.,

弧である日本列島の山地の隆起・削剥史の推定2015）と熱安定性に関する新たなモデリングが可能になってきた（末岡ほか, 2015；福田ほ（Lambert, 2018）によって，ESR法を応用しか, 2021）．しかし，おおよそ現在のプレートた隆起・削剥史の推定が試されるようになっ配置となった第四紀以降の隆起・削剥史は，未た．ただし，応用研究は未だに少数である

だに制約が困難な場合も多い．これは，アパタ（King et al., 2020, 2022）．そのため，熱年イ トフィ ッ シ ョ ン ・ ト ラ ッ ク 法 （ 閉 鎖 温 度代計としてのESR法の妥当性の検証を含め，研約90〜120℃；Ketcham et al., 1999）をはじ究事例の蓄積が求められる．

めとした従来の低温熱年代計では，第四紀の地

本研究では，ESR熱年代学の日本の山岳地域

殻変動を直接捉えるには閉鎖温度が高すぎるたへの適用の前段階として，試料の前処理が年代めである．そこで，より閉鎖温度の低い「超低値に及ぼす影響について議論する．試料の露光温熱年代学」の開発が課題となっている．

や粉砕によって年代値が変化する可能性が指摘

電子スピン共鳴（ESR）法は，超低温熱年代されている（e.g., Tissoux et al., 2007; Lee計として期待される手法の1つである．ESR法

and Schwarcz, 1993）一方で，現状では適切は試料中の不対電子量を測定することで年代をな試料準備手法に関する議論が進んでいない．

算出する．対象となる物質と不対電子の環境はそこで，天然試料および人工石英を用いた露様々であるが，石英中のAl中心とTi中心を利用光・粉砕実験を実施した．なお，ESR測定は全したESR法が断層ガウジ，火山灰，堆積物の年て磁場 330 25 mT，マイクロ波出力 1 mW，代決定に対して多く実施されてきた（Toyoda

磁場変調幅 0.1 mT，温度 77 K（液体窒素）

et al., 2015）．石英中のAl・Ti中心では，閉の条件で行った．

鎖温度はおよそ24〜64℃（ボーリングコア試料を用いたFang and Grün (2020) で求められ光曝露実験

たカイネティクスパラメータをもとに冷却速度

光曝露の影響検討を目的に、木曽山脈の花崗岩から抽出した石英粉末試料 200 mgを試験管6に封入して、実験室窓際に3日間放置する実験

安定性評価技術高度化開発）」の成果の一部でを実施した．その結果、放置前後でESRシグナある．γ線照射は大阪大学産業技術研究所の共ル強度に変化は観察されず，天然試料の場合，同利用制度を利用して実施した．照射には福井室内での試料準備程度の光曝露なら問題は無い

宥平氏には最大限のご協力をいただいた．人工と思われる．

石英試料は京都大学堤昭人准教授から提供して頂いた．木曽山脈の試料採取には福田将眞博士，岡本晃氏にご助力いただいた．関連する粉砕実験

方々に深く感謝いたします．

試料の粉砕の効果を検討するために，人工石
英の粉砕とγ線照射を，順序を変えて行う実験を実施した．まず人工石英をステンレス乳鉢で引用文献粉砕し，そのままの状態でESR測定したとこ

F a n g , F. a n d G r ü n , R . ( 2 0 2 0 ) E S R

ろ，Al・Ti中心ともに信号が観察されなかっthermochronometry of Al and Ti centres

た．粉砕した試料にγ線を約1500 Gy照射する

in quartz: A case study of the FergusonsとAl中心の信号が観察されるようになったが，Hill-1 borehole from the Otway Basin,

Ti中心の信号強度はゼロのままであった．

Australia. Radiation Measurements, 139,

次に同じ人工石英から水冷式のダイヤモンド

106447.

カッターを用いて板状に試料を切り出した．こ福田将眞ほか (2021) フィッション・トラックの板状試料に，同じ線量（率）で約1500 Gyの法を利用した島弧山地の熱年代学.

γ線を照射し，その後ステンレス乳鉢で粉砕をRadioisotopes, 70(3), 173-187.

行った．この試料でも，粉砕後にγ線照射した

Ketcham, R. A. et al. (1999) Variability of

試料と同様にAl中心のみ観察された．しかし，

apatite ﬁssion-track annealing kinetics:

粉砕前に照射した試料の信号強度は，ほとんどIII. Extrapolation to geological time

ノイズレベルであり，粉砕後に照射した試料にscales. American Mineralogist, 84(9),比べ明確に小さかった．これは粉砕過程によっ1235-1255.てESR信号強度が減衰した可能性を示唆する．

King, G. E. et al. (2020) Electron spin

同様の実験を粉砕器具をめのう乳鉢，照射線量resonance (ESR) thermochronometry ofを約560 Gyに変えて行ったところ，同じよう

the Hida range of the Japanese Alps:にAl中心の減衰が確認された．ただし，減衰率

validation and future potential.

はステンレス乳鉢，1500 Gyの時と比べて小さGeochronology, 2(1), 1-15.

かった．減衰率が小さかった原因としては，粉King, G. E. et al. (2022). Eustatic change

砕器具の違いによる試料に掛かる応力の変化やmodulates exhumation in the Japanese

線量に応じたAl中心の安定性変化などの可能性

Alps. Geology, 51(2), 131-135.

が考えられる．

Lambert, R. (2018) Investigating thermal

今後の検討手段として，プレヒートの実施，decay in K-feldspar for the application

天然試料を用いた粉砕の影響評価，Selfragをof IRSL thermochronometry on the

利用した粒子破壊を伴わない岩石粉砕手法とのMont Blanc massif. PhD thesis in the

比較などが挙げられる．

Faculty of Geosciences and theEnvironment, University of Lausanne,

謝辞：本報告は経済産業省資源エネルギー庁委

139.

託事業「令和3年度高レベル放射性廃棄物等のLee, H. K. and Schwarcz, E. P. (1993) An

地層処分に関する技術開発事業（地質環境長期

experimental study of shear-induced

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zeroing of ESR signals in quartz.

Toyoda, S. (2015) Paramagnetic lattice

Applied Radiation and Isotopes, 44(1-2),

defects in quartz for applications to ESR

191-195.

dating. Quaternary Geochronology, 30,

末岡 茂ほか (2015) 低温領域の熱年代学の発展

498-505.と日本の山地の隆起・削剥史研究への応用

Tsukamoto, S. et al. (2015) Single aliquot(< 特集> 内陸盆地の構造と形成プロセス).

regenerative dose method for ESR

地球科学, 69(1), 47-70.

dating using X-ray irradiation andTissoux, H. et al. (2007) Potential use of Ti-preheat. Radiation Measurements, 81,

center in ESR dating of ﬂuvial sediment.

9-15.

Quaternary Geochronology, 2(1-4),
367-372.

図1．γ線照射線量の等しい試料間での信号強度の比較．上図が約1500 Gyの照射でステンレス乳鉢での粉砕．下図が約560 Gyの照射でめのう乳鉢での粉砕．

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