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論文

Solidification depth and crystallization age of the Shiaidani Granodiorite; Constraints to the average denudation rate of the Hida Range, central Japan

河上 哲生*; 末岡 茂; 横山 立憲; 鏡味 沙耶; King, G. E.*; Herman, F.*; 塚本 すみ子*; 田上 高広*

Island Arc, 30(1), p.e12414_1 - e12414_11, 2021/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Geosciences, Multidisciplinary)

Solidification pressure and crystallization age of the ca 5 Ma Shiaidani Granodiorite (Hida Mountain Range, central Japan) are determined based on Al-in-hornblende geobarometry and U-Pb zircon dating. Al-poor patchy replacements developed in amphiboles are common in this granite and petrographic study revealed that the replacements include chloritized biotite and albitic plagioclase. These are probably the hydrothermally recrystallized domains, and should not be used for solidification pressure estimates. Magmatic rim of amphibole is characterized by Si $$<$$ 7.3 a.p.f.u. (AlIV $$>$$ 0.7 a.p.f.u.), and utilized in solidification pressure estimate that yielded 0.17-0.29 GPa. The solidification age of the granite is estimated as ca 5.6-5.2 Ma using U-Pb zircon dating. From these data, the lower limit of an average denudation rate after ca 5.6-5.2 Ma for the area where Shiaidani Granodiorite is exposed is estimated as 0.93-2.5 mm/year.

論文

Electron Spin Resonance (ESR) thermochronometry of the Hida range of the Japanese Alps; Validation and future potential

King, G. E.*; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Biswas, R. H.*; 末岡 茂; 田上 高広*

Geochronology (Internet), 2(1), p.1 - 15, 2020/01

石英の電子スピン共鳴(ESR)法は、岩石の冷却史の推定に有効な可能性が示唆されていたが検証が不十分だった。本研究では飛騨山脈の試料を用いてESR熱年代法の検証を行った。Al中心とTi中心の熱安定性は従来の予想より低く、長石のルミネッセンスと同程度と推定された。ESRデータから推定された熱史は、同じ試料のルミネッセンスデータから推定された熱史と同様のパターンを示した。一方、ESRの方がより長期間の熱史を復元することができ、石英のESR熱年代法が第四紀後期の地形発達史の解明に広く有用である可能性が示された。

論文

Testing the application of quartz and feldspar luminescence dating to MIS 5 Japanese marine deposits

Thiel, C.*; 塚本 すみ子*; 徳安 佳代子; Buylaert, J.-P.*; Murray, A. S.*; 田中 和広*; 白井 正明*

Quaternary Geochronology, 29, p.16 - 29, 2015/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:29.91(Geography, Physical)

第四紀後期の隆起特性を評価するためには、堆積物の年代決定が重要である。本研究では、秋田県男鹿半島の海岸沿いの海成堆積物を用いて、堆積物中の石英および長石に対するルミネッセンス年代測定法の適用性について検証した。石英は、熱に不安定で、Linear modulated (LM)-OSL分析よりslow成分が卓越していることが示された。また、石英からは、堆積物に挟在する2つのテフラの年代と比較して、非常に若い年代値が得られた。カリ長石は、ドーズリカバリーテスト等の結果、225$$^{circ}$$Cのpost-IRIRSL信号を用いた場合に年代測定に適した鉱物であることが示されたが、篩い分けた粒径を基とした年間線量を年代値の算出に用いたところ、テフラの年代よりも若干、若い年代値が得られた。SEM解析により、長石粒子は小さな結晶を含んだ非晶質なものであることが分った。この場合、標準的な内部線量率を用いると、年間線量を過大に見積ることになる。そこで、以下の3つの年間線量のシナリオについて検討した。(1)篩い分けた粒径サイズ(90-180$$mu$$m)で、カリウム(K)の含有量が12.5$$pm$$0.5%、(2)SEM画像を基にした小さい粒径サイズ(40$$pm$$20$$mu$$m)で、Kの含有量が6$$pm$$0.5%、(3)小さい粒径サイズ(40$$pm$$20$$mu$$m)で、Kの含有量が12.5$$pm$$0.5%。その結果、(3)のシナリオがテフラ年代と最も調和的な年代値であった。

口頭

Constraining the Quaternary evolution of the Hida range of the Japanese Alps

King, G.*; 末岡 茂; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Herman, F.*; 田上 高広*; 塚本 すみ子*

no journal, , 

日本列島は世界でも有数の変動帯かつ湿潤地域であり、日本アルプスは地球上で最も盛んに削剥が進行している地域のひとつと考えられる。日本アルプスの削剥史の解明は、単に本地域のテクトニクスの解明のみならず、テクトニクスと気候変動の相互作用の理解にも有用と期待される。本講演では、新手法であるマルチOSL(光ルミネッセンス)熱年代などを用いた、飛騨山脈黒部地域の削剥史推定の試みについて紹介する。黒部地域では、全19地点(高熱隧道の4地点含む)で試料を採取し、マルチOSL熱年代測定を実施中である。今後は、別途測定中の(U-Th)/He年代や、既報のジルコンフィッション・トラック年代やU-Pb年代等と組み合わせて解釈を進めていく予定である。

口頭

Low-temperature thermochronometry of the Japanese Alps

King, G.*; 塚本 すみ子*; 末岡 茂; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*

no journal, , 

日本列島は世界でも有数の変動帯かつ湿潤地域であり、日本アルプスは地球上で最も盛んに削剥が進行している地域の一つである。日本アルプスの削剥史の解明は、単に本地域のテクトニクスの解明のみならず、テクトニクスと気候変動の相互作用の理解にも有用と期待される。本講演では、OSL(光ルミネッセンス)熱年代やESR(電子スピン共鳴)熱年代と言った、極めて低い閉鎖温度を持つ新たな熱年代計を用いた、日本アルプスの削剥史推定の試みについて紹介する。飛騨山脈の黒部地域では、全19地点(高熱隧道の4地点含む)で試料を採取しており、これらから得られた年代データと、他手法による既報年代から過去約300万年間の削剥史を統合的に解明中である。

口頭

Constraining the Quaternary evolution of the Hida range of the Japanese Alps

King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Biswas, R.*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*

no journal, , 

閉鎖温度が極めて低い熱年代手法(光ルミネッセンス法, 電子スピン共鳴法)を用いて、第四紀における飛騨山脈の削剥史の復元を試みた。いずれの測定結果からも、第四紀における急激な冷却・削剥が推定された。60$$^{circ}$$C/kmの地温勾配を仮定すると、削剥速度は、MIS4では約10mm/yrだったのが、最近2万年間では約1-3mm/yrに減少した可能性がある。

口頭

Ultra-low temperature luminescence thermochronometry of the northern Japanese Alps

King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*

no journal, , 

熱年代学は、岩石の冷却速度を測定することで、削剥速度の推定が可能な手法である。近年発展したルミネッセンス熱年代は、光ルミネッセンス年代測定法を基にした手法で、100度以下の超低温領域の熱史の解明に加えて、1万年から10万年オーダーの時間スケールへの適用が可能である。本手法を飛騨山脈の基盤岩類に適用したところ、過去20万年間において約400度/100万年の急激な冷却が推定された。これらのデータを、先行研究によるより高温領域の熱年代学的データと組み合わせることで、より詳細な地形発達史の解明が期待できる。

口頭

Sub-Quaternary exhumation rates changes in the Hida range of the Japanese Alps; A Climatic control?

King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*

no journal, , 

飛騨山脈は最近約1Maに急速に隆起したフェーズを持っていると考えられているが、この時代には氷期-間氷期サイクルが卓越している。本研究では、極めて低い閉鎖温度を持つ2種類の熱年代学的手法(ルミネッセンス熱年代、電子スピン共鳴熱年代)を飛騨山脈で採取した19点の基盤岩試料に適用し、第四紀後期の削剥史の推定を試みた。両手法とも共通して、最近10万年間は急速な冷却を示した。地温勾配を60度/kmと仮定すると、削剥速度はMIS4には約10mm/yrだったのが、最近2万年間には約1-3mm/yrに減少しており、氷河侵食による影響が示唆された。

口頭

Constraining the Quaternary evolution of the Hida range of the Japanese Alps using trapped-charge thermochronometry

King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*

no journal, , 

日本列島は地球上で最もテクトニクスが活動的な地域のひとつであり、湿潤な気候等と相まって、日本アルプスはテクトニクスと気候・侵食プロセスの関係を検討するのに適した地域である。本研究では、閉鎖温度が極めて低い光ルミネッセンス(OSL)熱年代および電子スピン共鳴(ESR)熱年代を飛騨山脈で採取した19試料に適用した。両者はいずれも過去100kaにおける急速な冷却を示した。地温勾配を60$$^{circ}$$Cと仮定すると、MIS4では削剥速度は約10mm/yrに達したのに対し、過去20kaでは約1-3mm/yrに減少しており、寒冷・湿潤な時代における削剥速度の増加が示唆される。

口頭

Pliocene to Quaternary thermal evolution of the Hida range (Japanese Alps) using zircon (U-Th-Sm)/He thermochronology

Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; 田上 高広*

no journal, , 

日本アルプスの飛騨山脈の隆起・削剥史の解明のため、ジルコン(U-Th-Sm)/He熱年代を適用した。長さ約10km、標高860-2889mの側線において12試料から31個の年代値が得られた。年代は2.7-0.13Maの値を取り、標高と明瞭な相関を示した。これらの結果は先行研究によるジルコンフィッション・トラック年代や光ルミネッセンス年代とも調和的である。年代-標高プロットからは、飛騨山脈北部における約2Ma以降の削剥速度の増加が示唆された。

口頭

OSL and ESR thermochronometry of the Hida Range, northern Japanese Alps

King, G.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Herman, F.*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; 田上 高広*

no journal, , 

光ルミネッセンス(OSL)および電子スピン共鳴(ESR)熱年代は、近年発達した手法で、第四紀の侵食史の推定に有効である。本講演では、OSLおよびESR熱年代の概要と、日本アルプス北部の飛騨山脈における応用事例について紹介する。飛騨山脈は、世界で最も活動的な変動帯の一つである日本列島に位置し、3-1Ma以降に隆起したと考えらえている。基盤岩試料19点について両手法を適用したところ、100ka以降の急冷パターンが共通して得られた。地温勾配を60$$^{circ}$$C/kmと仮定すると、削剥速度はMIS4では約10mm/yrであったが、過去20kaでは約1-3mm/yrに減少しており、寒冷・湿潤の気候下の方が侵食速度が速かったことが示唆される。

口頭

Using a 3-D heat transport model (PeCUBE) to invert OSL- and ESR-derived rock cooling histories into erosion rate changes in the Hida Range of Japan

Anderson, L.*; Bartz, M.*; King, G.*; Fox, M.*; Herman, F.*; Stalder, N.*; Biswas, R.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Ahadi, F.*; et al.

no journal, , 

Optically stimulated luminescence (OSL) and electron spin resonance (ESR) thermochronometry have the potential to resolve continuous erosion histories from rapidly eroding settings. These thermochronometers are viable over the past few hundred thousand to a million years. These time periods are defined by persistent oscillations between warm and cold states. During the Quaternary, fundamental questions about the relationship between climate and erosion remain unanswered. With further development, the OSL and ESR thermochronometers could answer these questions. To realize this potential new strategies are required to invert low-temperature thermal histories for erosion rates. Here, we explore the use of PeCUBE (Braun, 2003), a three-dimensional finite-element model that simulates heat conduction and advection in the upper crust. As a training dataset we use cooling histories derived from eight samples from the Tateyama region in the Hida Mountains of Japan. The flexibility of PeCUBE allows us to quantify the role of time varying surface temperatures between glacial and interglacial periods. In high-relief settings the three-dimensionality of the topography, for example between valleys and ridges, can substantially perturb rock temperatures. PeCUBE allows us to quantify and remove these confounding topographic effects. We additionally explore the role of changing topographic relief on time varying thermal fields and erosion rates. Lastly, we explore a generous range of model parameters to quantify the sensitivity and robustness of our inversions.

口頭

Unravelling rock cooling histories of the Japanese Alps using ESR thermochronometry

Bartz, M.*; King, G.*; Anderson, L.*; Herman, F.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; Ahadi, F.*; Gautheron, C.*; Delpech, G.*; Schwarz, S.*; et al.

no journal, , 

Electron spin resonance (ESR) thermochronometry has the potential to resolve continuous erosion histories from rapidly eroding settings over 10$$^{6}$$ time scales. These time periods are defined by persistent oscillations between warm and cold states. However, questions about the relationship between climate and erosion remain unanswered. We further develop ESR thermochronometry of quartz (Al and Ti centres) to answer these questions in the Tateyama region in the Hida Mountains of Japan. In the result, the Al and Ti centres in quartz can successfully be inverted to unravel rock cooling histories. As future work, all ESR signals will be converted together with OSL data, providing further constraints on their thermal histories.

口頭

Unravelling rock cooling histories of the Japanese Alps using trapped-charge thermochronometry

Bartz, M.*; King, G.*; Anderson, L.*; Herman, F.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; 田上 高広*

no journal, , 

捕獲電子を用いた熱年代手法に基づいて、日本アルプス飛騨山脈の岩石試料を対象に冷却史の解明を試みた。

口頭

Rates of erosion in the Japanese Alps during the Quaternary; Insights from trapped charge thermochronometry

Bartz, M.*; King, G. E.*; Anderson, L.*; Herman, F.*; 末岡 茂; 塚本 すみ子*; 田上 高広*

no journal, , 

The Japanese Alps uplifted throughout the Quaternary and reached elevations of up to 3,000 m. However, understanding the interaction between rates of Earth surface processes, tectonics and climate is challenging, partly due to the difficulties of measuring changes in the rates of Earth surface processes at the timescale of glacial-interglacial cycles. In particular, the youth of the Japanese Alps has made measurement of their exhumation histories complicated. Here we investigate the potential of ultra-low temperature thermochronometers based on the luminescence and electron spin resonance (ESR) of feldspar and quartz minerals respectively for understanding changes in exhumation rates. We focus on Tateyama (Hida range), which was glaciated during the late Quaternary period. In total, eight samples were analysed by luminescence and ESR thermochronometry. While most luminescence signals have already reached their upper dating limit, ESR signals give insights into Pleistocene exhumation rates. We measured the ESR dose response and thermal decay properties of all samples, specifically targeting the Al and Ti centres. In general, thermal stability is higher for the Ti signals, resulting in ESR ages of between 0.5-0.9 Ma, although some signals are close to or above the upper dating limit of the Ti centre. In contrast, the Al signal still grows with time and is suitable for determining finite exhumation rates. Initial inversions reveal rock cooling rates on the order of 80 deg. C/Ma, which can be inverted to preliminarily rates of rock exhumation of <3 mm/a within the past 1 Ma. In the next step, we will relate these rates to the climatic (glacial) and tectonic history of the Tateyama region.

口頭

Eustatic change modulates exhumation in the Japanese Alps

King, G. E.*; Ahadi, F.*; 末岡 茂; Herman, F.*; Anderson, L.*; Gautheron, C.*; 塚本 すみ子*; Stalder, N.*; Biswas, R.*; Fox, M.*; et al.

no journal, , 

The exhumation of bedrock is controlled by the interplay between tectonics, surface processes and climate. The highest exhumation rates of cm/yr are recorded in zones of highly active tectonic convergence. Here, we use a combination of different thermochronometric systems, and notably trapped-charge thermochronometery, to show that such rates also occur in the Hida Range, Japanese Alps. Our results imply that cm/yr rates of exhumation may be more common than previously thought. The Hida Range is the most northern and most extensive of the Japanese Alps, and reaches elevations of up to 3000 m a.s.l. The Hida Range is thought to have uplifted in the last 3 Myr in response to E-W compression and magmatism. Our study focuses on samples from the Kurobe gorge, which is one of the steepest gorges in Japan. Previous work has shown that exhumation rates in this region are exceptionally high, as documented by the exposure of the ~0.8 Ma Kurobe granite in the gorge. We combined 12 new zircon (U-Th/He) ages and 11 new OSL-thermochronometry ages together with existing thermochronometric data to investigate the late Pleistocene exhumation of this region. We found that exhumation rates increased to ~10 mm/yr within the past 300 kyr, likely in response to river base-level fall that increased channel steepness due to climatically controlled eustatic changes. Our data allow the development of time-series of exhumation rate changes at the timescale of glacial-interglacial cycles and show a four-fold increase in baseline rates over the past ~65 kyr. This increase in exhumation rate is likely explained by knickpoint propagation due to a combination of very high precipitation rates, climatic change, sea-level fall, range-front faulting and moderate rock uplift. Our data show that in regions with horizontal convergence, coupling between climate, surface processes and tectonics can exert a significant effect on rates of exhumation.

口頭

鮮新世$$sim$$第四紀花崗岩類の形成深度・年代に基づく飛騨山脈黒部地域の削剥史と隆起メカニズム

末岡 茂; 河上 哲生*; 鈴木 康太*; 鏡味 沙耶; 横山 立憲; 長田 充弘; 山崎 あゆ*; 東野 文子*; King, G. E.*; 塚本 すみ子*; et al.

no journal, , 

飛騨山脈の黒部地域は、世界でもっとも若い黒部川花崗岩を含む10-0.8Maの若い花崗岩類が露出しており、第四紀に急激な隆起・削剥を被ったと考えられている。しかし、熱構造および熱史が複雑であるため、熱年代法に基づいた削剥史の復元が困難であった。講演者らのグループは、これらの若い花崗岩類について、Al-in-Hbl地質圧力計で形成深度を、ジルコンU-Pb法で形成年代を決めることにより、温度構造に依らずに削剥史を復元することを試みている。2021年大会の講演では、約5Maの試料3点、約0.8Maの試料1点の結果を報告した。その結果、以下の3点を予察的な解釈として報告した。(1)約5Maと約0.8Maの岩体の形成深度は、いずれも6-9km程度で有意差がなかったことから、本地域の隆起・削剥は約0.8Ma以降に本格化したと考えられる、(2)約0.8Ma以降の平均削剥速度は、祖母谷の付近では、8-10mm/yrと計算できる、(3)東西方向でも形成深度に有意差はみられず、黒部-高瀬破砕帯の逆断層運動により上盤側(東側)が東傾動しているという従来のモデルとは不調和である。その後の追加分析により、2022年1月現在時点で、約5Maの試料5点、約2-1Maの試料2点、約0.8Maの試料5点、約65Ma以前の試料2点の計14点のデータを取得した。これらの追加データを踏まえても、上記3点の解釈は大局的には変わっておらず、これらの解釈が補強された形となった。なお近年、黒部地域の隆起メカニズムとして、前述の東傾動モデル以外にも、爺ヶ岳カルデラの再生ドームモデルや、熱水混合層による加熱に伴う変形集中モデルといった新たな説が提唱されている。講演当日には、これらの説についても本研究データとの整合性を検討する予定である。

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