In situ cosmogenic seminar

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1 In situ cosmogenic seminar
1. 年代を決める In situ cosmogenic seminar In situ 10Be, 26Alの種々の応用例 Outline: 1. 年代を決める 2. 深度分布 3. 流域の侵食とインヘリタンス 4. 粒子の移動と定常堆積 Goal: 応用の可能性（守備範囲）を知る． 核種は使いようの問題 どのように、そしてどんな情報を引き出すのか？ ● Dating land surface ● Quantifying processes ● Revealing history 松四 雄騎:

2 1. 年代を決める Nishiizumi et al., 1991. 49.2±1.7ka from 10Be and 26Al
Event surfaceに対する適用 クレーター，溶岩表面，断層崖， 氷河（床）後退後の開放面， モレーンの巨礫表面， 大規模崩壊の滑落面 など Nishiizumi et al., 1991. 49.2±1.7ka from 10Be and 26Al Phillips et al., 1991. 49.0±0.7ka from 36Cl アリゾナ・バリンジャークレーター From National Geographic News; Photograph by Peter L. Kresan, copyright 2005.

3 断層崖の例 （Zreda and Noller, 1998. Science 282, 1097-1099）
Fig. 1. Location. 石灰岩断層崖; 1959年―2.1 m offset． 36Cl exposure dating． 段階的な断層運動: 崖面の露出モデル みかけの年代 （≒核種濃度） Fig. 2. Conceptual model.

4 断層崖の例 （Zreda and Noller, 1998. Science 282, 1097-1099）
Fig. 3. Results of 36Cl measurements. 崖面は定性的に6段階に区分． 露出年代⇒モデルラインのトレンドに従う． 6イベントの地震: 24, 20, 7.0, 2.6, 1.7, 0.4 ka． ピリオディックな地震活動の履歴を証明．

5 In situ 10Be, 26Alの種々の応用例 2. 深度分布 Goal: 応用の可能性（守備範囲）を知る． Outline:
1. 年代を決める 2. 深度分布 3. 流域の侵食とインヘリタンス 4. 粒子の移動と定常堆積

6 2. 深度分布 侵食速度e と年代 t を求めたいなら， 2つ以上の核種を定量すればよい． ただし，たとえ核種1つだけでも…
10Be 26Al 40 mm/kyr 500 kyr 25 mm/kyr 150 kyr e = 6 mm/kyr t = 60 kyr 侵食速度e と年代 t を求めたいなら， 2つ以上の核種を定量すればよい． ただし，たとえ核種1つだけでも… 2点以上の深度―濃度データ （深度分布）から，原理的には， e と t のセットを求められる．

7 2. 深度分布 実際には… データの分布に対するモデルカーブの適合度検定． データに対するフィッティングの考え方
Siame et al., EPSL 220, 345–364. データに対するフィッティングの考え方 実際には… データの分布に対するモデルカーブの適合度検定．

8 Siame et al., EPSL 220, 345–364. アプリケーション 南フランスの二つの河成段丘

9 Siame et al., EPSL 220, 345–364. Case 1: Bois Clary Rhône river

10 Siame et al., EPSL 220, 345–364. Case 2: Manosque Durance river

11 Discussion Case1 Bois Clary: (1.2 Myr, 24 m/Myr)
Siame et al., EPSL 220, 345–364. Discussion Case1 Bois Clary: (1.2 Myr, 24 m/Myr) Incision rate of Rhône river = 0.06 mm/yr Case2 Manosque: (70 kyr, 62 m/Myr) Incision rate of Moyenne Durance river = 0.1 mm/yr 下刻速度は第四紀を通してほぼ一定で，隆起速度とほぼ同じ．

12 In situ 10Be, 26Alの種々の応用例 3. 流域の侵食とインヘリタンス Goal: 応用の可能性（守備範囲）を知る．
Outline: 1. 年代を決める 2. 深度分布 3. 流域の侵食とインヘリタンス 4. 粒子の移動と定常堆積

13 3. 流域の侵食とインヘリタンス Ai (m2) Ci (atoms/g) ei (m/yr) 流域とその出口の堆積物を考える．
流域をn個のポリゴンに分けると， ソースエリア セディメント

14 3. 流域の侵食とインヘリタンス Ai (m2) Ci (atoms/g) ei (m/yr) 流域とその出口の堆積物を考える．
流域をn個のポリゴンに分けると， ソースエリア セディメント

15 3. 流域の侵食とインヘリタンス Ai (m2) Ci (atoms/g) ei (m/yr) 流域とその出口の堆積物を考える．
流域をn個のポリゴンに分けると， ソースエリア セディメント

16 3. 流域の侵食とインヘリタンス L/r <<tei  rei/L >>l のとき，
Ai (m2) Ci (atoms/g) ei (m/yr) 流域とその出口の堆積物を考える． 流域をn個のポリゴンに分けると， ソースエリア セディメント L/r <<tei  rei/L >>l のとき，

17 3. 流域の侵食とインヘリタンス L/r <<tei  rei/L >>l のとき，
Ai (m2) Ci (atoms/g) ei (m/yr) 流域とその出口の堆積物を考える． 流域をn個のポリゴンに分けると， ソースエリア セディメント L/r <<tei  rei/L >>l のとき，

18 3. 流域の侵食とインヘリタンス L/r <<tei  rei/L >>l のとき， Inheritance
Ai (m2) Ci (atoms/g) ei (m/yr) 流域とその出口の堆積物を考える． 流域をn個のポリゴンに分けると， ソースエリア セディメント L/r <<tei  rei/L >>l のとき， Inheritance

19 3. 流域の侵食とインヘリタンス L/r <<tei  rei/L >>l のとき，
Ai (m2) Ci (atoms/g) ei (m/yr) 流域とその出口の堆積物を考える． 流域をn個のポリゴンに分けると， ソースエリア セディメント L/r <<tei  rei/L >>l のとき， Spatially averaged erosion rate (Brown et al., 1995; Granger et al., 1996) Inheritance

20 Physiographic transition
点（露頭スケール）ではなく， 面（流域スケール）での侵食速度 地域的な侵食速度の差異を 調べられる． Physiographic transition Wobus et al Nature 434, 丘陵地 山地

21 これまでに知られていない 断層の存在を示唆 地形相の境界をまたいで， 流域出口の堆積物を採取．
Wobus et al Nature 434, 地形相の境界をまたいで， 流域出口の堆積物を採取． 10Be spatial erosion rate (103-6 yr scale) 40Ar-39Ar cooling age (107-8 yr scale) Knick zone max Fill terraces Increasing steepness mean min Sampling これまでに知られていない 断層の存在を示唆

22 In situ 10Be, 26Alの種々の応用例 4. 粒子の移動と定常堆積 Goal: 応用の可能性（守備範囲）を知る．
Outline: 1. 年代を決める 2. 深度分布 3. 流域の侵食とインヘリタンス 4. 粒子の移動と定常堆積

23 4. 粒子の移動と定常堆積 Const. burial Cosmic ray irradiation 粒子の移動に時間がかかる場合…
平均核種量∝ソースエリアからの距離 10Be or 26Al D Const. burial

24 4. 粒子の移動と定常堆積 Const. burial Cosmic ray irradiation 粒子の移動に時間がかかる場合…
平均核種量∝ソースエリアからの距離 10Be or 26Al 定常的な堆積を考えると… D Const. burial

25 定常堆積における核種量変化 （Lal and Arnold, 1985）
4. 粒子の移動と定常堆積 Cosmic ray irradiation 粒子の移動に時間がかかる場合… 平均核種量∝ソースエリアからの距離 10Be or 26Al 定常的な堆積を考えると… D Const. burial 定常堆積における核種量変化 （Lal and Arnold, 1985）

26 定常堆積における核種量変化 （Lal and Arnold, 1985）
4. 粒子の移動と定常堆積 Cosmic ray irradiation 粒子の移動に時間がかかる場合… 平均核種量∝ソースエリアからの距離 10Be or 26Al 定常的な堆積を考えると… Nuclide (atoms/g) D Const. burial Depth (m) 定常堆積における核種量変化 （Lal and Arnold, 1985）

27 カリフォルニア Mojave砂漠 山麓緩斜面
4. 粒子の移動と定常堆積 Soil pit sampling Cosmic ray irradiation 粒子の移動に時間がかかる場合… Nichols et al., 2002. Geomorphology 45, 105–125. 平均核種量∝ソースエリアからの距離 Transect sampling 10Be or 26Al 定常的な堆積を考えると… カリフォルニア Mojave砂漠 山麓緩斜面 Nuclide (atoms/g) D Const. burial Alluvial sampling Depth (m) 定常堆積における核種量変化

28 Results and discussion 山麓（ソースエリア末端） から離れるにつれ，核種 量は増加． Alluvial
Nichols et al., Geomorphology 45, 105–125. Results and discussion 山麓（ソースエリア末端） から離れるにつれ，核種 量は増加． Alluvial Transect 単純計算すると， 約16 cm/yrの移動速度． 緩斜面（6.2 km）を横切る のには，約4万年かかる．

29 Active transport layer (ATL)
Nichols et al., Geomorphology 45, 105–125. 核種量の比較的少ない， 現生の活動層． Active transport layer (ATL) Bb-horizon (Bb) 上流 下流 Soil pit Bedrock 現在，堆積作用は起こっていない （ 年前に終了）． BbのものがATLに取り込まれながら 移動するのでは？（ミキシング効果） 38-45 上流 下流 D = mm/kyr Bb浅部にかけての核種量の 減少は土砂の堆積を表す． マスバランスモデルを立てよう． ⇒ATLのボリュームを保ったまま， 土砂が緩斜面上を移動する． ⇒下流ほど堆積速度が速い．

30 Mt. Iron: 27→14 mm/kyr, 122→65 cm/yr,
Nichols et al., Geomorphology 45, 105–125. Bbの侵食 （上流→下流） ATLの土砂移動 （上流→下流） 山麓横断時間 マスバランスモデルを立てよう． Mt. Iron: →14 mm/kyr, 122→65 cm/yr, Mt. Granite: 7→ 0.6 mm/kyr, 63→24 cm/yr, ⇒ATLのボリュームを保ったまま， 土砂が緩斜面上を移動する． 6,400 yr 17,000 yr

31 まとめ ●宇宙線生成核種は，地形学的な問題の定量的解決にチャレンジ するための強力なツールになる．
●基本的な原理を用いて，あらゆる状況に対応する核種量変化を 自由にモデリングできる． ●同一地点・地域で複数点のデータを取得し，相対的なトレンドを モデルによって説明する． ●いかに斬新なテーマを創出し，いかに説得力のあるモデルに よって解釈を与えることができるか，が勝負の分かれ目．