4He/U-Th法を用いたアルプス前縁部の早期千葉期（中更新世）氷河深谷の初めての年代測定

学術的背景

氷河深谷（glacial overdeepenings）は、氷河の侵食によって形成された深い谷で、通常は氷河堆積物で埋められています。これらの堆積物は氷河活動の歴史を記録しており、更新世の氷河の拡大と後退を理解する上で重要な意味を持ちます。しかし、信頼できる年代測定法が不足しているため、これらの堆積物の年代を正確に決定することは困難でした。従来の放射性炭素年代測定法（14C）は、比較的若い堆積物（通常5万年以下）にしか適用できず、他の方法であるウラン系列年代測定法（U-Th）も氷河堆積物への適用が制限されていました。

この問題を解決するため、研究者たちは4He/U-Th年代測定法を開発しました。この方法は、堆積物の孔隙水中に蓄積された放射性ヘリウム（4He）の量を測定することで、堆積物の年代を推定します。4Heは堆積物中のウラン（U）とトリウム（Th）の崩壊によって生成され、その蓄積時間は堆積物の堆積時間を反映します。この方法は特に低透水性の堆積物に適しており、そのような堆積物は孔隙水中の4Heを効果的に保存できるためです。

論文の出典

この論文は、Yama Tomonaga、Marius W. Buechi、Gaudenz Deplazes、およびRolf Kipferによって共同執筆され、それぞれスイス連邦水科学技術研究所（Eawag）、バーゼル大学、ベルン大学、およびスイス国立放射性廃棄物処理協力機構（Nagra）に所属しています。論文は2024年10月4日に受理され、『Geology』誌に掲載されました。DOIは10.1130/G52544.1です。

研究の流れ

1. 研究地点とサンプル採取

研究地点は、スイスのチューリッヒ北部にあるHochfelden-Strassbergボーリング地点（8.507°E, 47.529°N）です。この地域は更新世に何度も氷河に覆われ、複数の氷河深谷が形成されました。研究者たちは278メートルのボーリングコアから28個の堆積物サンプルと1個の地下水サンプルを採取しました。

2. 4He/U-Th年代測定法の適用

4He/U-Th年代測定法の核心は、孔隙水中の4He濃度を測定することで堆積物の年代を推定することです。具体的な手順は以下の通りです： - 4He濃度の測定：静的質量分析計（static mass spectrometry）と携帯型質量分析計（portable mass spectrometry）を使用して、孔隙水中の4He濃度を測定します。 - ウランとトリウム濃度の測定：γ線分光法（γ-spectrometry）を用いて、堆積物中のウランとトリウム濃度を測定します。 - 4He年代の計算：4He濃度、ウランとトリウム濃度、および堆積物の孔隙率と密度に基づいて、4Heの蓄積時間、つまり堆積物の年代を計算します。

3. データ処理と分析

研究者たちは採取したサンプルについて詳細なデータ分析を行い、以下の結果を得ました： - 孔隙水中の4He濃度：静的質量分析計と携帯型質量分析計による測定結果から、40メートルから140メートルまでの堆積物では4He濃度が高く、これらの堆積物が古い年代であることが示されました。 - ウランとトリウム濃度：堆積物中のウランとトリウム濃度は比較的均一で、平均値はそれぞれ2 ppmと5 ppmでした。 - 4He年代の計算：4He濃度とウラン、トリウム濃度に基づいて、40メートルから140メートルまでの堆積物の年代を606 ± 122 ka（千年前）と計算しました。

主な結果

1. 4He濃度の分布

研究結果によると、40メートルから140メートルまでの堆積物では4He濃度が高く、これらの堆積物が古い年代であることが示されました。一方、140メートル以下の堆積物では4He濃度が低く、これらの堆積物が新しい年代であることが示されました。

2. 堆積物の年代

4He/U-Th年代測定法を用いて、研究者たちは40メートルから140メートルまでの堆積物の年代を606 ± 122 kaと計算しました。この結果は、これらの堆積物が千葉期（中更新世）の初期に形成されたことを示しており、最終氷期最盛期（Last Glacial Maximum, LGM）よりもはるかに古い年代であることを示しています。

3. 氷河活動の歴史

研究結果は、アルプス前縁部が千葉期初期に大規模な氷河拡大と侵食を経験し、複数の氷河深谷が形成されたことを示しています。これらの深谷は氷河の後退後に急速に埋められ、現在の堆積物が形成されました。

結論と意義

1. 科学的価値

この研究は、4He/U-Th年代測定法を用いて初めてアルプス前縁部の氷河深谷の年代を測定することに成功し、更新世の氷河活動の歴史を理解するための新しいツールを提供しました。この方法は特に低透水性の堆積物に適しており、数百万年にわたる時間範囲をカバーできるため、従来の年代測定法の空白を埋めるものです。

2. 応用価値

4He/U-Th年代測定法は、氷河堆積物の年代測定だけでなく、湖沼堆積物や深海堆積物などの低透水性堆積物の年代測定にも応用できます。これにより、地質学者は地球史上の重要なイベントを研究するための強力なツールを手に入れることができます。

3. 研究のハイライト

• 革新的な方法：4He/U-Th年代測定法は、特に低透水性堆積物に適した全く新しい年代測定法です。
• 重要な発見：研究結果は、アルプス前縁部が千葉期初期に大規模な氷河拡大と侵食を経験したことを示しており、更新世の氷河活動の歴史を理解する上で重要な意義を持ちます。
• 広範な応用可能性：この方法は他の低透水性堆積物の年代測定にも応用可能であり、広範な応用が期待されます。

その他の価値ある情報

研究では、氷河深谷の堆積物がその後の氷河活動によってよく保存されていることも明らかになりました。これは、更新世の氷河活動の歴史を研究するための豊富な堆積物記録を提供します。さらに、研究はアルプス前縁部の千葉期初期の地形変化を明らかにし、この地域の地質進化を理解するための新しい手がかりを提供しました。

この研究は、氷河堆積物の年代測定に新しい方法を提供するだけでなく、更新世の氷河活動の歴史を理解するための重要な科学的根拠を提供しています。