表面露出年代測定

地表露出年代測定は、岩石が地球の表面またはその近くで露出していた期間を推定するための地質年代学的手法の集合体です。地表露出年代測定は、氷河の前進と後退、浸食の歴史、溶岩流、隕石の衝突、岩盤崩落、断層崖、洞窟の発達、およびその他の地質学的イベントの年代測定に使用されます。これは、10 ^{3 年}から 10 ⁶年の間露出していた岩石に最も有効です。^[1]

宇宙線放射性核種による年代測定

これらの年代測定技術で最も一般的なのは、宇宙線生成核種による年代測定である。^{[2]地球は、主に}陽子とアルファ粒子である高エネルギー荷電粒子である一次宇宙線に絶えずさらされている。これらの粒子は大気中の原子と相互作用し、二次粒子のカスケードを生成する。二次粒子は、大気を通過する際に、さまざまな反応で今度は相互作用してエネルギーを低下させる可能性がある。このカスケードには、中性子などのハドロンも少量含まれる。これらの粒子の1つが原子に衝突すると、その原子から1つ以上の陽子や中性子が剥がれ落ち、別の元素や元の元素の別の同位体が生成される。同様の密度の岩石やその他の物質では、宇宙線フラックスのほとんどは、露出した物質の最初の1メートル以内で吸収され、宇宙線生成核種と呼ばれる新しい同位体を生成する反応が起こる。地球の表面では、これらの核種のほとんどが中性子破砕によって生成される。特定の宇宙線生成核種を使用することで、科学者は特定の表面が露出してからの期間、特定の物質が埋められてからの期間、あるいはある場所や集水域が浸食されている速さを年代測定することができる。^[3]基本原理は、これらの放射性核種は既知の速度で生成され、また既知の速度で崩壊するということである。^[4]したがって、岩石サンプル中のこれらの宇宙線生成核種の濃度を測定し、宇宙線の束と核種の半減期を考慮することで、サンプルが宇宙線にさらされた期間を推定することができる。特定の場所における宇宙線の累積束は、標高、地磁気緯度、地球の磁場の強度の変化、太陽風、気圧の変化による大気の遮蔽など、いくつかの要因の影響を受ける可能性がある。岩石サンプルの年代を測定するには、核種生成速度を推定しなければならない。これらの速度は通常、放射性炭素年代測定、熱ルミネッセンス、光刺激ルミネッセンスなどの他の方法で年代が測定されたサンプルで生成された核種の濃度を比較することによって経験的に推定されます。

岩石サンプル中の宇宙線生成核種の自然存在比に対する過剰量は、通常、加速器質量分析法によって測定される。このような宇宙線生成核種は、一連の破砕反応によって生成される。特定の核種の生成率は、地磁気緯度、サンプルを採取した地点から見ることができる空の範囲、標高、サンプルの深さ、サンプルが埋め込まれている物質の密度の関数である。崩壊率は、核種の崩壊定数によって与えられる。これらの式を組み合わせると、サンプル中の宇宙線生成放射性核種の総濃度を、年齢の関数として求めることができる。最も頻繁に測定される2つの宇宙線生成核種は、ベリリウム10とアルミニウム26である。これらの核種は、宇宙線がそれぞれ酸素16とシリコン28に衝突したときに生成されるため、地質学者にとって特に有用である。親同位体はこれらの元素の中で最も豊富で、地殻物質によく見られるが、放射性の娘核種は他のプロセスでは通常生成されない。酸素16も大気中によく見られるため、その場で生成されるのではなく堆積した物質がベリリウム10の濃度に及ぼす影響を考慮する必要がある。^[5] ¹⁰ Beと^{26 Alは、}石英結晶（SiO ₂ ）の一部が核破砕生成物に衝突すると生成される。石英の酸素は¹⁰ Beに、シリコンは²⁶ Alに変化する。これらの核種はそれぞれ異なる速度で生成される。両方を個別に使用して、物質が地表に露出してからどのくらいの期間が経過したかを測定することができる。2つの放射性核種が崩壊しているため、他の知識がなくても、これら2つの核種の濃度比を使用して、サンプルが生成深度（通常2～10メートル）より深くに埋まった年代を判定できる。

塩素36核種も表層の岩石の年代測定に用いられる。この同位体は宇宙線によるカルシウムやカリウムの破砕反応によって生成されたと考えられる。^[6]

参照

気候プロキシ
地衣類測定法、地衣類の成長に基づく露出時間の測定

注記

^ シェーファー、ヨルグ M.;コディリアン、アレクサンドル T.ウィレンブリング、ジェーン K.ルー、ジェンティアン。ケイスリング、ベンジャミン。フューロップ、レカ-H.ヴァル、ペドロ (2022-03-10)。「宇宙生成核種技術」。Nature レビューメソッド入門書。2 (1): 1 ～ 22。土井：10.1038/s43586-022-00096-9。ISSN 2662-8449。S2CID 247396585。
^ シェーファー、ヨルグ M.;コディリアン、アレクサンドル T.ウィレンブリング、ジェーン K.ルー、ジェンティアン。ケイスリング、ベンジャミン。フューロップ、レカ-H.ヴァル、ペドロ (2022-03-10)。「宇宙生成核種技術」。Nature レビューメソッド入門書。2 (1): 1 ～ 22。土井：10.1038/s43586-022-00096-9。ISSN 2662-8449。S2CID 247396585。
^ Vanacker, V.; von Blanckenburg, F.; Govers, G.; Campforts, B.; Molina, A.; Kubik, PW (2015-01-01). 「河川の過渡的応答、河川の勾配と凹面度で捉える」. Geomorphology . 228 : 234–243. Bibcode :2015Geomo.228..234V. doi :10.1016/j.geomorph.2014.09.013.
^ Dunai, Tibor J. (2010).宇宙線生成核種: 地球表面科学における原理、概念、応用。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-87380-2。
^ Nishiizumi, K.; Kohl, CP; Arnold, JR; Dorn, R.; Klein, I.; Fink, D.; Middleton, R.; Lal, D. (1993). 「多様な地形プロセスの研究における、その場における宇宙線生成核種 10 Be および 26 Al の役割」^。地球^表面プロセスと土地形態。18 (5): 407。Bibcode : 1993ESPL...18..407N。doi :10.1002/esp.3290180504 。
^ Stone, J; Allan, G; Fifield, L; Cresswell, R (1996). 「カルシウムスパッタリングによる宇宙線生成塩素-36」Geochimica et Cosmochimica Acta . 60 (4): 679. Bibcode :1996GeCoA..60..679S. doi :10.1016/0016-7037(95)00429-7.

参考文献

地形学と原位置宇宙線生成同位体。Cerling, TE および Craig, H. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 22, 273-317, 1994。
地球上のその場宇宙線生成核種：理論と応用。ゴス、JCおよびフィリップス、FM第四紀科学レビュー、20、1475-1560、2001年。[1]
10Beと26Alの測定から表面露出年代や浸食速度を計算するための完全かつ簡単にアクセスできる手段。バルコ、グレッグ、ストーン、ジョン・Oj、リフトン、ナサニエル・A、デュナイク、ティボール・J、第四紀地質年代学第3巻、第3号、2008年8月、174-195ページ。[2]
CRONUS-Earth プロジェクトにおける破砕生成率の地質学的校正。ボーチャーズ、ブライアン。マレロ、シャスタ。バルコ、グレッグ。カフェ、マーク。ゲーリング、ブレント。リフトン、ナサニエル。西泉邦彦；フレッド・フィリップス。シェーファー、イェルク。ストーン、ジョン。『Quaternary Geochronology』第 31 巻、2016 年 2 月、188 ～ 198 ページ。

外部リンク

被爆年齢計算オンラインシステム
ワシントン大学宇宙線同位体研究所
表面露出年代測定^{[永久リンク切れ‍ ]}
丘陵漂石列の宇宙線年代測定 2011-06-07ウェイバックマシンにアーカイブ
岩盤崩落の年代測定
宇宙線同位体研究室
表面露出年代測定の新技術

[1] シェーファー、ヨルグ M.;コディリアン、アレクサンドル T.ウィレンブリング、ジェーン K.ルー、ジェンティアン。ケイスリング、ベンジャミン。フューロップ、レカ-H.ヴァル、ペドロ (2022-03-10)。「宇宙生成核種技術」。Nature レビューメソッド入門書。2 (1): 1 ～ 22。土井：10.1038/s43586-022-00096-9。ISSN 2662-8449。S2CID 247396585。

[2] シェーファー、ヨルグ M.;コディリアン、アレクサンドル T.ウィレンブリング、ジェーン K.ルー、ジェンティアン。ケイスリング、ベンジャミン。フューロップ、レカ-H.ヴァル、ペドロ (2022-03-10)。「宇宙生成核種技術」。Nature レビューメソッド入門書。2 (1): 1 ～ 22。土井：10.1038/s43586-022-00096-9。ISSN 2662-8449。S2CID 247396585。

[3] Vanacker, V.; von Blanckenburg, F.; Govers, G.; Campforts, B.; Molina, A.; Kubik, PW (2015-01-01). 「河川の過渡的応答、河川の勾配と凹面度で捉える」. Geomorphology . 228 : 234–243. Bibcode :2015Geomo.228..234V. doi :10.1016/j.geomorph.2014.09.013.

[:0-4] Dunai, Tibor J. (2010).宇宙線生成核種: 地球表面科学における原理、概念、応用。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-87380-2。

[Nishiizumi-5] Nishiizumi, K.; Kohl, CP; Arnold, JR; Dorn, R.; Klein, I.; Fink, D.; Middleton, R.; Lal, D. (1993). 「多様な地形プロセスの研究における、その場における宇宙線生成核種 10 Be および 26 Al の役割」^。地球^表面プロセスと土地形態。18 (5): 407。Bibcode : 1993ESPL...18..407N。doi :10.1002/esp.3290180504 。

[Stone-6] Stone, J; Allan, G; Fifield, L; Cresswell, R (1996). 「カルシウムスパッタリングによる宇宙線生成塩素-36」Geochimica et Cosmochimica Acta . 60 (4): 679. Bibcode :1996GeCoA..60..679S. doi :10.1016/0016-7037(95)00429-7.