火山についてのQ＆A

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小中学生から多い質問

「Q&A火山噴火」

に寄せられた意見集

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うみぞう:高校生:１７

まず，放射年代測定法の原理ですが，放射性元素と呼ばれる不安定な元素（カリウム 40，ルビジュウム87など，親核種という）が一定の割合で別の元素（アルゴン40，ス トロンチュウム87など，娘核種）に変わる物理現象を用いて，時計がスタートしてか ら現在までの時間を測るものです．そのために必要な情報は，岩石や鉱物に含まれる 時計スタート時の娘核種の量(Do)と現時点での親核種の量(P)と娘核種の量(Dp)で す．それと親核種から娘核種が生成される速度（壊変定数λという）が分かれば
　　　T=1/λxln(1+(Dp-Do)/P)
という式で求めることが出来ます．この場合，閉鎖系といって，時計がスタートして から現在の間まで，測定対象の岩石や鉱物から親，娘核種のいずれも動いていない， という条件が満たされなければなりません．

次ぎに，何を持って時計がスタートしたというか，ですが，これは，上に述べた閉鎖 系が保たれるようになった時点，ということになります．

岩石，鉱物の中で元素は動こうとしています．これを元素拡散といいます．岩石の温 度が高いほど元素は早く動き回ることが出来ますが，温度が低くなると急に動けなく なります（正確に言えば，拡散速度は絶対温度の逆数に比例して小さくなります．） 元素が早く動ける間は，親核種も娘核種も動いていますので閉鎖系は成り立ちませ ん．しかし，温度が低くなると急激に動けなくなり，ある温度（これを閉鎖温度）を 下回った時点で実質的に全く動かなくなった，すなわち閉鎖系が成立したと考えるこ とが出来るようになります．この時が時計のスタート時点です．

溶岩は，1000度の高温から一気に地表で冷えて固まりますので，噴火した時を時計の スタート時点と見なすことが出来ます．一方，地下でマグマがゆっくり冷えて固まっ た花こう岩の場合，閉鎖温度を下回った時点が時計のスタートです．片麻岩の場合， いったん冷えて固まったかこう岩が再度，加熱され異なる鉱物の組み合わせになるわ けですから，その時点で閉鎖系は破られて時計はリセットされます．それが，冷え始 めて，閉鎖温度を下回った時点で再度時計はスタートします．閉鎖温度は，用いる鉱 物や年代測定法により違います．例えばRb-Sr法という方法で黒雲母や角閃石を使っ て鉱物アイソクロン年代をというのを用いる場合と，K-Ar法という手法で角閃石や黒 雲母を使った年代は異なる年代を与えることがふつうです．複数の測定手法を組み合 わせて，変成岩がどのようなスピードで冷えていったかという冷却の歴史を知る試み も行われています．

これ以上の詳しいことは，大学院の修士課程レベルの知識を持たないと正しくは理解 出来ないと思います．

なお，質問１にある「片麻岩が花こう岩に変わった場合」は，高校レベルでは「花こ う岩が片麻岩に変わった場合」と理解下さい．特殊な例を除いて変成岩から深成岩に は変わりませんので．

また，質問２ですが，「「放射性同位体は温度と圧力の条件には変わることはな い。」というのは，上に述べた親核種が娘核種に一定の速度で変わるという物理現象 は，温度と圧力の変化に影響を受けない，ということです．ですから，どこで岩石が 出来ても，放射年代測定法は利用できるわけです．変成作用の年代が分かるわけは， 上に述べたように，岩石の温度が冷えて，元素が実質的に動かなくなる時に時計がス タートするからだと理解してください．

なお，上に書いた回答は，わかりやすく説明するために，学問的には正確でない表現 の部分がありますが，ご了解下さい．
　（06/22/03）

宇都浩三（産業技術総合研究所・地球科学情報研究部門）