名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXIV, 2013 , 03

屋久杉年輪中 14C 濃度測定による 7-8 世紀の太陽活動周期長の研究
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三宅芙沙 1* ・増田公明 1 ・中村俊夫 Z

FusaMiyake1' , Kir凶akiM田uda 1 ， ToshioNakam町a 21

名古屋大学太陽地球環境研究所・ 2 名古屋大学年代測定総合研究センター

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O:FusaMiyake;E-mail:β砂ake@Y臼lab， nagoya-u， acJp

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Key.叩rds: solarcycle;cosmogenicnuclide;solar 砂'namo

1.はじめに太陽の活動指標である黒点数の観測は、 1610 年に開始された。黒点数の増減は 9 年から 13 年の聞で繰り返され、平均約 11 年周期であることがわかっている。この周期のことをシュワーベサイ

クルと呼んでいる (Schwabe， 1843 [11])。また、 1908 年には、へールによって黒点の磁場が最初に観測され、太陽の磁極が太陽活動極大期に反転することも発見された。このような磁極反転を考慮

すると、太陽周期は 22 年とみることもできる(へールサイクル: Ha
1eeta1., 1919[4];Ha1e&Nicholson,1925[5]) 。これらの観測事実を説明するために、太陽ダイナモ機構が考案されている。これは、主に運動エネルギーを磁場エネルギーに変換することを記述しており、磁極反転を再現する有力なモデ、ルであると考えられている。しかし、シュワーベサイクル周期長は 11 年で一定ではなく、これが何によって制御されているのかほとんど理解されていない。シュワーベサイクル長のメカニズムを考える上では、長期的な太陽の活動を知る必要があるが、過去 400 年間の黒点数の記録だけでは限られた情報しか得られない。 1610 年以前の太陽活動を間接的に調べる手法として、宇宙線生成核種の放射性同位体を用いた研究が有力とされている。
宇宙線生成核種を用いた太陽活動の復元は、今までに樹木年輪中の 14C や、極地方の氷床中に含まれる l"Be が用いられてきたロ対象にされた測定期間は、主にGrand solarminimum と呼ばれる非− 140 −名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXIV, 2013003

常に太陽活動が弱まっていた時期である。Gr皿d so1ar m血泊四1 の中で良く知られているものは、黒点数がほぼゼロであったマワンダー極小期 (AD1640・ 1720) が挙げられる。マウンダー極小期における 14C や l"Be の l 年分解能測定により(Stuivぽ et alo , 1998[14] , B町 et alo , 1998[1] , Miyaharaetalo ,2004 [6]) 、シュワーベサイクル周期長が 14 年に伸びていたことが指摘されている [1 ，6]。また、マワンダー極小期以前のGr岨d solarm血illlU血であるシュペーラー極小期 (AD1390-1550) 、 B臼世紀極小期 (BC390-330) の 14C 濃度 1 年値が測定されており、シュベーラー極小期については極小期初期に 13 年に、 BC4世紀極小期には 16 年にシュワーベサイクル周期長が伸びていたことが報告されている (Miy池田oa etal.2006;2010[7,8] , Nagayaetal.2012[9]) ロこのように、Gr阻d sol紅 m血凶um

において周期長が伸びるており、太陽活動度と周期朝との聞の逆相関関係が指摘されているが、今挙げたGr四d solarmiuimum は最大規模のものばかりであり、小規模のGr四d solarmiuimum や、太陽活動が通常から活発な時期における測定はほとんど行われていない。また、シュペーラー極小期は、極小期のほとんどにおいて周期長が伸びていない。したがって、太陽活動度と周期長との逆相関関係は、必ずしも明確とは言えない。
シュワーベサイクルには番号がイ寸けられており、ヴアルドマイヤーにより 1755 年から始まる周期が 1 と決定された(Jサイクルは黒点数の極小から次の極小までの期間)。現在は、サイクル 24の半ばにさしかかっているが、 l つ前のサイクル 23 が終わった後、約 2 年間にわたって黒点がほとんど現れない期聞があったため、サイクル 24 の周期長は伸びているロシュワーベサイクル周期長が伸びていることから、今後太陽活動自体も弱まり、Gr姐dsol紅 mi凶mum 到来を予測した見解もある。太陽活動と地球気候は密接に結びついていると考えられているため、仮に太陽がGrand solarnnrumum に突入すると地球気候へ、さらには人間の生活へ与える影響は大きい。したがって、シュワーベサイクル周期長と太陽活動度の関係性を明らかにすることは、非常に重要であると考えられる。

“,

今回はマワンダー型極小期の中では振幅が小さい極小期 (AD650-720 ;Ely 1977[3] と Usoskin etal. , 2007 [16] によって定義された。以後 7 世紀極小期と呼ぶ)に注目し、この極小期を含む期間のAD600-760 年までの 14C 濃度を測定した。

2. 方法
用いた試料は、その年代が年輪年代を用いて決定された、樹齢約 1900 年の屋久杉 ( Cryptomeriajaponica, 30.3 N , 130.5 E) である(図1) 0 1 年輪ごとにカッターナイフを用いて丁寧に剥離し00た木片を、それぞれ化学洗浄仇AA 処理、亜塩素酸処理、中和)を行って年輪聞を移動しないセルロースを得る。次にセルロースを酸化鋼、サルフィックス(硫黄除去剤)と共に真空中で封じ切り、加熱することで C02 化させる。さらに冷却トラップを用いて真空ライン中で C02 の精製を行い、鉄粉触媒化で水素還元を行いグラファイトとするロ最終的に、名古屋大学年代測定総合研究センターの AMS (Nakamuraetal. , 2∞o [10]) を用いてグラファイト中の 14C 濃度を測定した。 14C 濃度は

Stuiver& Polach, 1977[13] によって定義されるð，. 14 C によって表される。各測定の平均誤差は 2.6%0であり、誤差を小さくするために同じ年を 1-3 回測定した。同じ年代での測定値は誤差の範囲内で一致したため、重みつき平均を取り合成した(合成後の平均誤差は 2.0%0) 。

− 141 −

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03101

Japan

〆0 •

図1(a)屋久島の位置

Ya ku I
sland(b)屋久杉ディスク(c)

切り出された木片 (4 cmx7cmx5cmx52cmの三角柱)

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apanesecedar 出efor 也is s同dy. (c)Cutcore(凶岨伊lar po1e , about4cmx7cmx5cmx52cm)
3. 結果
測定は AD 600・760 年にかけて 2 回通り隔年で行った (AD600，638 ，736，748 年は 1 回通り、
AD676，678 ，686，698 年は 3 回通り )0 AD600-760 年までの/:;. 14 C 時系列データを図 2a に示す。データからシュワーベサイクル周波数帯を取り出すために、 s 変換 (Sωchwel1， 1996[1 5]) を行ったものが
図 2b である。 s 変換とはウェーブレット変換の一種で、周期の時間分布を調べるために有効な解析手法である。図 2b より、 8・ 13 年程度の周期シグナノレが得られた。しかし、ここで注意しないといけないのは、年輪中 14C 濃度は炭素循環によって元の太陽活動周期の振幅の 11100 に減衰していることである (Siegen血ler eta1., 1980[12]) 。仮に元の宇宙線の変動が:t 15% だとすると(地上中性子モニターによる)、 14C 濃度における変化は1.5%。となる。私たちの測定誤差が 2.0%。であるため、シュワーベサイクル周期長を議論する上で、誤差に対する有意性は非常に重要となるロウェーブレッ

ト変換結果を Nagaya eta1., 2012 問に示された方法を用いて、ìJl.U定誤差に対する有意性で示したものが図 2c である。

4. 考察
図 2c より、 AD630 年以前は 10 年、 AD630・710 年にかけて 12・ 13 年のシグナルが 3σ 以上で検出されているのがわかる。特筆すべきは 12-13 年程度に周期長が伸びている期聞が、 7 世紀極小期に対応していることである。 7 世紀極小期の初期 (AD660 年付近)に、 8 年程度の短周期成分も 3σ以上で検出されているため、この時期には 2 つの成分が存在するが、 12-13 年の長周期は極小期全般において強く検出されているため、 7 世紀極小期においては長周期成分が主なものと考えて良いだろう。
極小期初期に、短期成分が 14C 測定において検出されたのは、 7 世紀極小期だけではなく、マワンダー、シュペーラー、 BC4世紀にも共通している [6， 8 ，9]。したがって、この短周期の特徴は、Gr姐dsolarminimum に関連して生じている可能性が考えられる。Gr阻d s01訂 minimum に関連して短周期成分が生じる原因としては、太陽活動が弱まることにより炭素循環に影響が及んだ場合、あるいはシュワーベサイクル自体に短周期成分が存在する場合の 2 通りが考えられる。実際に、 Cho吋huri&Karak, 2009[2] の磁束輸送太陽ダイナモモデルにおいて、マウンダー極小期の初期 (AD1648 付近)− 142 −

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03にポロイダノレ場の短周期成分が見られる。したがって、仮にこのモデルがE しい場合、太陽ダイナモの短周期成分が 14C においても見えている可能性は考えられるが、より詳しい議論を行うためにはさらなる極小期における検証などが必要になるだろう。

3 ~瞳刊踊時I

図2ー700750700750650700AD)
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AD600 ・ 760 年のワェーブレット変換結果。

(a)σ!:l 14C 時系列データ。

(b)

ウェーブ、レット

変換結果。カラーは振幅[%0]を示す。 3 本の横線は上から、 8 、 10、 13 年に対応する。 (c) ウェーブ
レットの結果を誤差に対する有意性 [a] に直したもの。 2 本の横線は 10 年、 13 年に対応する。矢印は 8 年を示す。

Fig.
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tana1ysis 企om AD600 ・ 760. (a)Pres釦tda旬。 f !
:l14C.(b)Res叫t ofs-transform.τ'he colorshows 也 e ampli旬de in%0 .τ'he horizonta1linescoπ'espondω118 戸百， 1110戸 s and1rs.(c) 百le ∞ lor 時間 ents thesi♂ific組C巴 level insi伊且 wi血 respect to 白 measurement error. 百lel
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今回の 7 世紀極小期におけるシュワーベサイクノレ周期長の伸びは、マウンダ}、シュベ}ラ}、BC4世紀のGrand sol釘凹mm田n に次いで 4 例目の発見となる。Gr祖国 solar minimum は、その継続期間の違いから、短いマウンダー型と、長いシュベーラー型に分類されている。 3 つのマワンダー型極小期(マウンダー、 7 世紀、 BC4 世紀)は極小期全般にわたって周期長が伸びていたのに対して、シュベーラー型極小期は極小期前半においてのみ周期長が伸びている。シュベーラー型の極小期はその継続期聞が非常に長いことから、マウンダー型とはダイナモメカニズムが異なることなどが提案されているが、詳しいことは分かつていない。したがって、このようなマウンダー型とシュ− 143 −名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXIV, 2013003

ベーラー型の違いが存在するかどうかについても、今後他のGrand solarm泊血ilIlllの測定によって明らかにされることが期待される。

5. まとめ
AD600-760 年の屋久杉年輪中 14C 濃度の測定を分解能 2 年で行った。測定データの周期解析によって、 7 世紀マワンダー型極小期においてシュワーベサイクル周期長が 12-13 年に伸びていたことが明らかになった。Grand solarm血出回E において周期長が伸びるのは、マウンダー、シュベーラー、BC4世紀に次いで 4 例目の発見であるロまた、マワンダー型の極小期では、極小期全般にわたって周期長が伸びているのに対し、継続期聞が長いシュベーラー型においては極小期初期にのみ周期長が伸びていることが明らかになったロこれはマウンダー型、シュベーラー型の違いを反映していると考えられる。
さらに、 7 世紀極小期において、極小期初期に B 年程度の短期成分が検出された。この特徴は他のGr姐d sol訂 m血imum においても見られ、磁束輸送太陽ダイナモモデルもマウンダー極小期初期の短期成分を予測していることから、 14C にみられる短期成分は太陽ダイナモによる可能性が考えられる。

今後さらに多くの極小期を測定し、極小期の短周期成分の原因等について明らかにしていく予定である。

謝辞
福島大学の木村勝彦先生には、試料年輪の絶対年代を決定していただきました。この場を借りて、お礼申し上げます。

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