独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）地质信息研究部[研究部主任栗本文雄]全球变化历史研究组[研究组组长山崎敏嗣]高级研究员小田博国，长期变化研究组前首席研究员上岛正人[研究组组长伊藤纯一]国立大学法人高知大学首席研究员宫城矶治[相良校长]佑介]（以下简称“高知”）大学''）教育研究学院自然科学学院理科[系主任铃木智彦]臼井明教授（专业：资源地质学）正在与美国麻省理工学院和美国范德比尔特大学合作研究海底。铁锰结壳中留下的过去地磁场的痕迹，我们估算出了它的形成年龄和生长速度。
本研究结果超导量子干涉装置（SQUID）二手鱿鱼显微镜用于读取铁锰结壳薄表面磁场，全球首次实现01毫米高分辨率地球磁场反转的记录标准地磁场反转时间轴比较来估计形成年龄和生长速度。 （图1）。详细研究结果发表于2011年3月1日美国学术期刊地质
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图1 从西北太平洋海底收集的铁锰结壳薄片的分析结果。 (A) 扫描电子显微镜图像。显示为阴影的条纹代表同一时间平面。 (B) 通过 SQUID 显微镜获得的表面磁场。蓝色代表向下的磁场，红色代表向上的磁场。 (C) 标准地磁场反转时间轴。黑色为正磁极周期，白色为反磁极周期。
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铁锰结壳蕴藏着数千万年来海洋环境和气候变化的记录，通过确定铁锰结壳的确切形成年龄，有望准确重建过去长期的全球环境信息。迄今为止，估算铁锰结壳形成年龄的方法主要是化学分离和加速器质谱仪铍等同位素分析，但是有一个问题，分析起来费时费力。因此，人们期待一种使用快速且准确的物理测量来估计形成年龄和生长速率的方法。
AIST自1974年（当时的前身是产业技术地质调查机构）以来一直在调查太平洋海底矿产资源。此外，自2004年起，我们根据《联合国海洋法公约》开展大陆架调查项目，与国内相关组织合作，收集基础数据，作为申请大陆架划界的依据。基于这些发现，大陆架研究项目目前正在开展大陆架划界申请审查以及相关海域地质和资源的研究。
通过这些调查和其他努力，从整个太平洋收集了铁锰结壳样本，但估计其形成年龄和生长速度极其困难。基于同位素分析（例如铍）的估算方法依赖于耗时的化学分离和加速器质谱分析，并且只能执行有限数量的分析。因此，1998年，前首席研究员上岛和臼井教授试图从样本中留下的过去地磁场反转的痕迹来估计形成年龄和生长速度，但他们的能力有限，只能分析切成几毫米厚的样本，无法进行比地磁场反转之间的间隔更详细的分析。与此同时，范德比尔特大学开发了一种 SQUID 显微镜，该显微镜具有最高分辨率，可在室温和压力下进行样品分析，并用它来阐明生物功能。麻省理工学院积累了使用 SQUID 显微镜分析火山岩和陨石等地质样品的专业知识。
AIST、高知大学和麻省理工学院使用范德比尔特大学的 SQUID 显微镜来分析铁锰结壳样本，并致力于估计形成年龄和生长速度。
这项研究得到了日本学术振兴会科学研究补助金（2009-2010 财年）的支持，用于具有挑战性的探索性研究“铁锰结壳中由碘 129 引起的超新星爆炸的确认以及使用古地磁地层学的年龄估计。”此外，扫描电子显微镜AIST 地质博物馆采用先进的生产技术生产用于使用 SQUID 显微镜进行观察和分析的高质量薄片。
在这项研究中，通过使用SQUID显微镜读取一片薄铁锰结壳表面的磁场，我们能够以约01毫米的分辨率重建过去地磁场反转的记录，并通过与标准地磁场反转年龄轴的比较，成功地估计了地磁场的形成年龄和生长速率。
用于分析的样品是与夏威夷大学等机构联合研究的西北太平洋圣德海山裸露岩石表面生长的铁锰结壳。图 2 显示了用扫描电子显微镜观察的两个相互垂直的切片 A1 和 B1。此外，我们使用SQUID显微镜测量了薄片表面的磁场（图3），在噪声去除处理后，我们进行了图像处理以拉直扫描电子显微镜图像中生长条纹中看到的曲率（图4A，C）。通过将获得的磁场图像的极性反转部分（过零线）与标准地磁场反转年龄轴（图 4 B）相关联，可以估计每条过零线的年龄并从中确定增长率。两个片状样品的平均生长率为每百万年 51 毫米。对同一样品进行铍同位素分析测定的生长速率为每百万年60毫米，证实两个值大致相符（图4D）。
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图 2 从西北太平洋圣德海山采集的铁锰结壳样品中切下的相互正交取向的薄片样品（A1 和 B1）的扫描电子显微镜图像。由于光线和阴影而产生的生长条纹是可见的。
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图3 范德比尔特大学SQUID显微镜磁场检测部分的照片。透明薄膜下面是一层薄薄的铁锰结壳样品。样品表面与磁传感器（SQUID元件）之间的距离仅为017毫米。 SQUID显微镜的内部保持在高真空和极低的温度（约-269摄氏度）下，但可以在将样品保持在室温和压力下的同时进行测量。
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图4(A)通过使用SQUID显微镜对A1薄片的磁场测量结果进行噪声去除处理后校正生长条纹的曲率而获得的图像。蓝色代表向下的磁场，红色代表向上的磁场。
(B) 标准地磁场反转时间轴。黑色为正磁极周期，白色为反磁极周期。
(C)通过与A1切片相同的过程获得的B1切片的图像。
(D) 铁锰结壳的生长速度线。蓝色为A1薄款，红色为B1薄款。黑线是根据铍同位素分析确定的增长率线。每个物种的生长速度（每百万年生长多少毫米）以数字和颜色编码显示。
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今后，我们希望通过日本产业技术研究院引进并开发SQUID显微镜，快速、准确地阐明铁锰结壳的生长过程。这将使长期准确重建全球环境信息成为可能。