奈良教育大学学術リポジトリNEAR
熱ルミネッセンス法による火砕流の年代測定
著者 市川 米太, 萩原 直樹, 平木 一史
雑誌名 古文化財教育研究報告
巻 9
ページ 23‑31
発行年 1980‑03‑08
その他のタイトル Thermoluminescence Dating of Pyroclastic Flow Deposit
URL http://hdl.handle.net/10105/432
熱 ル ミネ ッセ ンス法 に よ る火 砕 流 の年 代測 定
市 川 米 太 ・ 萩 原 直 樹 ・ 平 木 一 史
(奈
良教育大学・ 物理学教室
)(昭
和 55年 2月
12日受 理
)諸 言
筆 者 らは 1962年 以 来、 熱 ル ミネ ッセ ンス法 によ る土器の年代 測 定 に関す る研究 を行ない今 日に至 ってい るが
1｀2、3、 )、これ までに CaS04:Tmの TLDに よ って年間線量を測定 す る石 英 粗粒子法 によ ってほぼ測定法 が確立 され現在実用段階 に入 ってい る。今回の研究 は土器の年代 測定 に使用 されて きた この熱 ル ミネ ッセ ンス法を火砕流に応用 して 、火山灰 や火砕 流の噴出の年 代 を測定 しよ うとす るものであ る。 これまで火山の年代 測定 には放射性炭素法 や フ ィッション・
トラ ック法 によ って絶対年代が浸
1定され 、また熱残留磁 気法 によ って相対年代 が測定 されてきた。
これ らの年代 測定法 の中で、放射性炭素法 では地層中の木材や泥炭 を試料 と して測定 が行なわれ て い るのであ るが 、火砕流の推積層はその中 に木材 を含 んでいることは稀であ り、試料を入手す る ことが困難 な ことが多 い。また、放射性炭素法 の測定可能 な年代範囲は 4万 年程度で、これ以 上古 い試料 につ いては測定 がで きな い。 これに対 して、熱 ル ミネ ッセ ンス法では火砕 流中に含 ま れて い る石英 を試料 と して年代測定を行 な う。 したが って、石英を含んで いる火砕流であれば火 砕 流 その ものを試料 と し、石英 を含 まな い火砕流 につ いて はその中 にあ る石英を含 んだ 岩石か ら その年代 を測定す ることがで きる。また、測定可能 な年代範囲 は現在 の段 階で約50万年位 までで あ る。
今 回の測定 に試用 された試料 は神戸 大学の宇井氏か ら提供 を受 けた鹿児 島県 南部 の 4つ の火砕 流 であ る。 4つ の火砕流中、池田火砕流 と入戸火砕流 については放射性炭素法 によ ってい くつか の年代測定 の結果が得 られてい る。 これに対 して、阿多火砕流 と鳥浜火砕流 については、その年 代 が10万 年前後で あ るため放射性炭素法の測定 はな されていない。阿多火砕流 については この火 砕流 が他の火砕流 のよ うに石英 を含 んでいないため直接年代を測定 で きなか ったが、阿多火砕流 に接 している鳥浜火砕流の上部 が変色 してお り、阿多火砕流の噴出時に焼 かれているのではない か と推察 され る部分があ ったので これを試料 と して使 用 した。
測 定 装 置
実験 に使用 された測定装置はハ ーシ ョウ、 2000型 であ るが一 般 に使 用 されている TLD用
の測定装置が加熱最高温度 が 400° Cで あ るに対 し、 この装置は特 に 600° Cま で加熱 で きるよ うに改良 されて いる。この装置の大要が図 1に 示 されて い る。
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II■ N2
X―
Y
R ECORDER
X
図 l HARSHAW2000型 を用 いた TL測 定 装 置 図 試 料 調 整 法
火砕流の熱 ル ミネ ッセ ンス年代測定 において も試 料中か ら
100μm程 度 の石 英 粒 子 を抽 出す る 点 にお いて は土器の 試料調整 と同 じであ る。 しか し、土器 の場合 と異 なる点 の第
1は、火砕流中 の石英の含有量 は土器 に比較 して若 しく少 ないため数k9の 試料を必要 とす ることで ある。第 2に は鉄分を含 んだ火山 ガラスが火砕流中 には多量 に含 まれて いるため普通の電磁分離機 によ る分離 法 に よ って純粋 な石 英粒子を抽 出す ることが困難 な ことで あ る。試料 中 にガ ラスが含 まれ てい る 場合 には石英 に比較 して ガ ラスの TL強 度が著 しく弱 いため グ ローカーブの再現性 が低 くなる。
この点 を考慮 して 、火砕流の試料調整 は以下 に示す ように改良 した。
1)火 砕流 を流 水下で節分 け して、 150メ ッシュ〜 170メ ッシュの鉱物粒子 を取 り出す 。
2)こ の成分か ら lAの 電磁 分離機 の磁場 によ って有色鉱物 成分 を取 り除 いた後 、更に
2Aの磁 場 によ って ガ ラス成分 を取 り除 く。
3)こ の試料 を 10%の
NaOHと17%の
HClで酸処理 を行 な う。
4)更 に 47%の HFで
1時間 の酸 処理 を行 ない、長石 や ガ ラスを溶解 す る とともに石英の表面 を 工 、 ッチ ングす る。
5)流 水下 で再度 飾分 け して 200メ ッシュ以下 にな った長石や ガラス成 分を取 り除 く。
6)縮 分器 によ って試料 を分割 して グ ローカーブ測定用 の試料 とす る。
蓄 積 線 量 の 測 定
火砕流中 の石英 粒子は、噴出時か ら現在 まで、周 囲 に存在 す るウ ラン・ トリウム各系 列の放射 性元 等 お よびカ リウム40か ら年間 一定値の放射線 を受 けて きた もの と考 え られ る。 この蓄積線量 は試料 その ものか ら得 られ るグ ローカーブと、これに コバル ト60に よる既知線量を照射 した試料 か らの グローカ ーブを比較す ることによ って求め られる。図
2、図
3、図
4、図 5は 池 田 火 砕
B
Temp. output
＞ ５ 卜
︻∽
Ｚ Ш 卜 Ｚ
︻
」
10ト
100 200 300 400 (°
C)TEMPERATURE
図 2 池 田火砕流の g10w curve A:Natural+1000R,B:Natural
れ た グローカー ブであ る。 グローカー プか ら蓄積線量を評価 するに当 っては、 減 衰 を 考 慮 して 350° C〜 400° Cの 温度範囲 において行な った。
熱発光 の原因 とな る結 晶中の欠陥数 は有限であるため 、ある放射線量 において熱発光量が照射 線量 に比例 しないで飽和状態 にな る。 この飽和線量が
105ラッ ドで あ ると仮 定すると年間線量 を
200ミ リラッドと して測定可能の年代 は 5× 105年 となる。 今回 測定 した鳥浜火砕流の年代 が約 20万 年であ るので 、この点 に関 しては問題がな い と考 え られ る。低線量域 において線量 に対す る 発光 強度 が直線性を示 さないス ーパ ー リニアの問題 に関 しては、 この 補 正 値 が多 く見 積 って も
100ラ ッ ド程 度であるので年 代 の古 い火 砕 流 については特 に補正 は行なわなか った。
‑25‑
＞ 卜
︼∽ Ｚ Ш 卜 Ｚ
︼ コ ト
100 200 300 400(° C) TEMPERATURE
図 3 入戸火砕流 の glow curve A:Natural+5000R,B:Natural
＞ 卜
︼Ｏ Ｚ Ш 卜 Ｚ
︼
」
10ト
loo 200 300 40o (° C)
TEMPERATURE
図 4 阿 多 火砕 流 に よ る加 熱 を受 け た と思 わ れ る鳥 浜 火 砕 流 の glow curve A:Natural+20000R,B:Natural
‑27‑
５ ０
＞ 卜
︼∽ Ｚ Ш 卜 Ｚ
︼ コ ト
100 200 300 400 (° C) TEMPERATURE
図 5 鳥 浜 火砕 流 の g10w curve A:Natural+20000R,B I Natural
年 間線 量 の 測 定
年間線量は、試料 となる石英粒子の被曝状態を再現 し、その状態に熱 ルミネッセンス線量計
(Ca
S04:Tm)を 埋込むことによって潰
1定した。測定にあたっては、周囲の火砕流からのβ線とα
線 お よび宇宙線 に分離 してそれ ぞれ測定 した。
1)周 囲からのβ線量の測定
火砕流試料 を直径
4 clll、厚 さ
3mの円盤状 にプ レス し、この円盤 2枚 を それぞれ ポ リエチ レン シー トで包 み、その間に線量計 をはさみ、鉛 ブ ロックの中にセ ッ トし宇宙線 およびα線を遮断 し た状態で 、 3ケ 月間放置 した後 取 り出 して測定 した。 この方法が図 6に 示 されている。 ポ リエチ
000
00000=B
D
図
6 A:プ
レスした火砕流成分C:ポ
リエチ レンシー トD レンによるβ線の減衰の補正は、標準試料
JG‑1B I CaS04:Tm
:鉛
プロック
に よ って実験 的 に求 め た値 を使 って なされ た。
図 7 A:火 砕 流層 B:純 銅 パイプ C i CaS04:Tm
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2)宇
宙線 および r線 量 の測定
宇宙線 および r線 量 の測定 は 、試料 の採集地点 に CaS04:Tmを 埋込 み 、 一年 後取 り出 して 測定 す るのが最 も望 ま しい。現地での埋込 みが困難 な場合 には、半径30cmの 球 に相 当す る火砕流 を持 ち帰 り、 この中 に CaS 04:Tmを 埋込んで測定す る。 CaSO:Tmを 厚 さ 2mの 銅製パ イ プに入れ、 これを火砕流中に打込 んで図
7に示す よ うな状態で γ線 量 を測定 す る。
結 果
今 回 の火砕流 の熱 ル ミネ ッセ ンス年代測定の結果が表 1に 示 されてい る。 この中で 、阿多に接 触 して いて、阿多火砕流 に焼 かれて いると考 え られ る鳥浜火砕 流は阿多火砕流の年代 を示 さなけ ればな らない もので ある。 しか し、表 に示 されてい るよ うに今回求 め られた阿多に焼か れた鳥浜 の年代 は鳥浜の年代 とほとん ど同 じ値 を示 して いる。 この ことは、阿多火砕 流が鳥浜火砕流 と接 触 した とき、阿多火砕流 の温度が余 り高 くな く、また火砕流の熱伝導度が低 いため鳥浜火砕 流の 接触部分 の温度 が熱 発光量が零 になる
500°Cま で達 してなか った と考え られ る。今回採集 した 阿多 に焼 かれ た鳥浜 火砕 流が 500° C以 上 に焼 かれて いると仮定 して、阿多火砕 流の年代 を求 め た ことにな ったのであ る。
参 考 文 献
1)市
川米 太 (1974):奈 良 教育 大学 紀要 、 23、 3‑13.
2)Ichikawa, Y., Nagatomo, T.and Hagihara, N.(1978), Archaeometr y,20 171‑176.
3)市 川米 太・ 萩原直樹 (1978):考 古学 と自然科学 11,1‑7.
火砕流試料 の熱 ル ミネ ッセ ンス法 による年代 測定結果
表 1試 料 名 積 線 量
年間β線量 (Rad) (mRad)
蓄
年 間 α線 量
(mRad)
年 間 線 量
(mRad)
T.L.年 代
(years)池 田 火 砕 流 入 戸 火 砕 流 妻 屋 火 砕 流 阿多 と接触 して いる鳥浜 火砕 流 鳥 浜 火 砕 流
1195 6629 8050 25747 30600
119 238 160 80 100
101
109 104 76 87
220 347 264 156 187
5430
19105
30490
165045
163635
Thermoluminescence Dating of Pyroclastic Flow Deposit
YONETAICHIKAWA, NAOKI HAGIHARAANDKAZUSHI HlRAKI ( Department of Physics, Nara Unuversity of Education, Nara, Japan )
(Received February 12, 1980)
The samples used in this dating were pyroclastic flow deposit from several volcanoes in Southern Kyushu.
Their TL ages were obtained by quartz inclusion technique which was established through the dating of pottery. Accumulated dose was evaluated from TL intensity calibrated with Co60 gamma rays. Annual dose measurements were made with CaS04: Tm TL dosimeter, which was sandwhiched between two sample blocks pressed into boards. The attenuation of the beta due to the polyethylene was evaluated with a JG-1 of known radioisotope content and appropriate correction was made in the beta dose rate measurement.
The ages obtained in the present dating were 5430 years for Ikeda, 19105 years for Ito, 165045 years for Ata-Torihama and 163635 years for Torihama sample.
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