放射性同位素^(14)C测年在岩溶地下水中的应用及研究进展

放射性同位素^(14)C测年是获取岩溶地下水水文地质参数,探索岩溶地下水运移状态,评价其可持续利用的重要手段。搜集已公开发表的放射性同位素^(14)C文献资料和相关研究实例,对其主要来源、循环过程、测年原理、分析方法以及在岩溶地下水研究中的应用等内容进行系统论述。研究表明,目前放射性同位素^(14)C主要用于测定岩溶地下水年龄,通过地下水年龄分布和不同来源的同位素占比,科学识别地下水补给源、估算地下水补给速率、合理评估地下水的更新能力等,再现岩溶地下水运动过程,进而计算运移过程中同位素交换率,判断发生的岩溶作用程度,可示踪地下污染来源,揭示地下水污染质的迁移规律,可为水资源利用和环境评价提供关键性的依据。然而,在使用放射性同位素^(14)C测年的过程中,仍存在样品采集、处理流程不规范,仪器精度有限、测试价格昂贵、检测结果波动性大等问题。^(14)C测年范围有限,作为示踪剂指示作用单一,无法测定出过于“年轻”或者“古老”的岩溶地下水年龄。此外,地下水的运动过程中自然成因的“死碳”混入和人为因素的干扰也会造成测年结果的偏差,现有的校正模型暂时无法解决该问题,相关理论也缺乏研究,这给实际应用和进一步发展造成一定的困扰。该文指出放射性同位素^(14)C测年在未来仍需加强理论的研究,规范样品采集、处理流程,注重测试技术的开发,以解决“死碳”混入和人为因素的干扰造成的测年结果的偏差,多种示踪剂联合使用,提高测年精度和广度。

AMS ^(14)C测年揭示的渤海湾沿海低地第Ⅱ海相层年龄

在渤海湾沿海低地地区获得4个机械钻孔,结合AMS14C测年方法,对Ⅱ海的年龄进行了研究。结果显示,在Ⅱ海所在层位获得的14C样品年龄均大于43.5ka BP,说明渤海湾沿海低地地区Ⅱ海形成于MIS 3早期或MIS 5,而不是前人认为的23~39ka。建议在前人地层结构研究成果的基础上,系统开展Ⅱ海年龄研究。

AMS^(14)C测年揭示的渤海湾沿海低地第Ⅱ海相层年龄(Ⅱ)

在初步获得渤海湾海河南部沿海低地第Ⅱ海相层年龄大于43.5ka BP的基础上,在沧州北部和海河北部的沿海低地又利用6个新的机械钻孔岩心,建立了2条垂直于现代岸线的长剖面。根据沉积物岩性和有孔虫查明了第Ⅱ海侵层在剖面中的空间分布,并获得一组新的AMS^(14)C年龄数据。结果显示,在第Ⅱ海相层中新获得的9个AMS^(14)C年龄同样均大于43.5ka BP。至此,渤海湾3条垂直现代岸线剖面10个钻孔的第Ⅱ海相层的21个AMS^(14)C年龄均大于43.5ka BP,进一步证实了普遍发育于渤海湾沿海低地的第Ⅱ海相层形成于MIS 3阶段早期或MIS 5阶段,而不是前人认为的23~39ka BP。

泥炭样品的AMS ^(14)C年龄测定:全样、植物残体和孢粉浓缩物

沉积物14C的年龄测定一直是第四纪年代学研究的热点。文章对中国干旱、半干旱地区的内蒙古库伦泥炭剖面的泥炭全样、植物残体和孢粉浓缩物进行了AMS14C测年比较研究。从泥炭沉积物中提取用于AMS14C测年的孢粉浓缩物的关键步骤包括:过筛(125μm,63μm和10μm),重液浮选(比重1·9)及在180倍的体视显微镜下进行手工挑选。测年结果表明:孢粉浓缩物的测年值比同一层位的泥炭沉积物全样或植物残体的测年值老225～340年;植物残体与孢粉浓缩物的测年结果较为接近。但是,距地表24～27cm处孢粉浓缩物给出了610～780A·D.的年龄值,远老于其下样点的年龄,而泥炭全样为现代样品,二者相差1255年,这可能与该样品孢粉纯度较低、掺杂有一些老碳物质燃烧后形成的微粒杂质有关。因此,提高孢粉纯度对孢粉浓缩物14C测年至关重要。

东海DGKS96—03岩心中微体化石的古海洋学特点、δ^(18)O曲线与AMS^(14)C测年

运用微体化石的研究结果辨识岩心不同的沉积阶段的沉积特征及古海洋学特点 ,并辅以δ18O曲线及AMS14 C测年去探讨岩心的沉积时代。该岩心是 1996年 5月中国、法国、韩国科学家一起利用法国L’ATALANTE号海洋调查船在东海陆架获取的 17个岩心中的一个 ,分别做了粒度、矿物、CaCO3、微体化石、δ18O、AMS14 C测年等分析 ,初步分析认为 :依据微体化石的冷、暖水种的丰度变化 ,可以辨识出该岩心气候的 7个冷期 (C1、C2 、C3、C4 -1、C4 -2 、C5、C6、C7) ,然后结合岩心中的矿物成份、CaCO3 含量、粒度变化、AMS14 C的测年数据把岩心划分为 4个沉积阶段 ,1.晚更新世早玉木冰期沉积。 2 .玉木亚间冰期沉积。 3 .晚更新世玉木冰期沉积。 4.全新世冰后期沉积。另外 ,利用浮游有孔虫壳体对不同的沉积阶段所做的AMS14 C测年结果分别为 96 90aBP、12 980aBP ,2 6 35 0aBP ,2 796 0aBP ,37410aBP ,412 6 0aBP .

关中地区2万年以来黄土序列中蜗牛化石及其有机质的^14C-AMS测年初探

前人在黄土—古土壤地层的14C年代学研究中,探讨了不同测年物质的可靠性,但不同物质组分获得的年代差异较大,这是由于选用的样品不符合定年条件,所以选择可靠的样品组分和有效的前处理方法显得尤为重要。对关中地区2万年以来黄土序列中有机质、花粉浓缩物和蜗牛化石进行了AMS14C年代学研究。运用现生蜗牛壳体的AMS14C测定来校正化石蜗牛的年龄,结合剖面中孢粉浓缩物、土壤有机质的AMS14C年代学对比研究,发现蜗牛化石壳体的文石可以提供较可靠的年代数据,为14C测年的可靠性研究提供了一种可能的途径。

青海湖湖泊沉积物木质素AMS-^(14)C测年

对青海湖1A钻孔0—4 m不同深度共10个沉积物样品提取木质素,并进行AMS-^(14)C测年。结果显示,木质素的AMS-^(14)C年龄-深度曲线呈良好的线性关系,大于10μg碳量的木质素单体^(14)C年龄比1F孔同深度基于总有机碳(TOC)获得的^(14)C年龄平均偏年轻约110年,接近采用平均值概念分段线性回归确定的1F孔4.99 m以上碳库效应估算(126年)。这表明沉积物木质素AMS-^(14)C测年可有效减少老碳效应的影响;同时,1A与1F两个平行钻孔不同材料测年结果之间的良好对比,也佐证了基于沉积物TOC的^(14)C测年并采用平均值概念进行分段线性回归建立的青海湖湖泊沉积物年代框架的可靠性。

渤海湾北岸海相贝壳AMS 14C测年与“驻留时间”

以渤海湾地区曹妃甸沿海全新统埋藏贝壳为研究对象,对比同一层位中不同形态贝壳的AMS;C年龄,总结贝壳形态-年龄差异及所指示的"驻留时间"。测年结果显示,在研究区同一地层中,用于测年的腹足类-单瓣壳-贝屑3种形态贝壳的年龄通常具有依次变小的特征,以校正年龄中值计算,年龄差值总体介于52~466 yr。以2倍标准偏差的校正年龄对比,不同形态贝壳的年龄部分接近。这一结果明显不同于渤海湾西岸贝壳堤中同一单层同种贝壳的闭合壳-单瓣壳-贝壳碎片的年龄逐渐变老的次序。这种贝壳形态—年龄序列的差别系沉积环境不同,搬运营力及距离差异性导致。

分子化石单体AMS-^(14)C测年研究进展

综述了正构烷烃和木质素酚单体AMS-14C测年研究现状,并分析了分子化石单体AMS-14C测年技术存在的问题及发展趋势。

AMS^(14)C测年对福建政和蛙岩古堰塞湖形成与溃坝时代的约束

政和蛙岩崩塌是一处大型古岩崩遗迹,其堵塞闽江支流七星溪河谷形成外屯—湖屯一带长度超过10.5 km的古堰塞湖,其后的溃坝使堰塞湖水体泄空,细粒堆积物露出地表形成万亩良田。为了约束该古堰塞湖形成与溃坝的时代,对古堰塞湖沉积施工了1个深度8.5 m的浅钻,沿不同深度采集了8件AMS^(14)C测年样品,结果表明:堰塞湖沉积从地表至8.5 m深的^(14)C年龄从930~795 Cal BP至1528~1376 Cal BP,根据堰塞湖沉积顶部的最小年龄推测堰塞湖溃坝的时代(~0.8±0.1)ka BP,由沉积速率推算堰塞湖形成时代不早于(2.8±0.1)ka BP,表明蛙岩古堰塞湖形成于全新世晚期,这为古堰塞湖形成与消亡演化提供了一个研究实例。

泥河湾盆地于家沟遗址AMS-^(14)C年代学研究及其考古学意义

于家沟遗址作为泥河湾盆地中唯一具有新旧石器工业过渡的典型遗址,为研究东亚旧石器向新石器时代过渡提供了理想的场所。本文通过于家沟遗址剖面沉积物(厚约550 cm)的加速器质谱法(AMS-^(14)C)年代测定,确定了于家沟剖面的年代跨度为16.19?—?2.43 ka BP,其中旧石器向新石器时代的转化时限为9.35 ka BP。该遗址中发现的最早陶器经同层位地层推测,其年代为13.60 ka BP,是目前中国北方发现的最早陶器。陶器的使用可能改善了古人类的生活条件;大量细石器反映出泥河湾盆地中采猎经济高度繁荣。因此,在晚更新世末期气候开始变暖的背景下陶器和细石器的出现一定程度推动了中国北方旧石器时代向新石器时代的转变。

湖泊沉积物的^(14)C和光释光测年——以固城湖为例

富含有机质的湖泊沉积物被认为是14C测年建立古环境记录年代标尺的理想材料,光释光测年方法近年开始应用于水成沉积物的定年。应用14C和光释光两种方法对江苏固城湖湖心钻孔岩芯进行了年龄测定,结果表明全样有机质的14C年龄与石英的光释光年龄存在系统差异,后者较前者年轻约2000年。系统光释光测年研究排除了光释光年龄低估的可能性,所以,二者的差异可能是湖泊沉积物碳库效应的反映。

渤海湾老狼坨子海岸带^(14)C、^(137)Cs、^(210)Pb测年与现代沉积速率的加速趋势

通过对渤海湾西岸L剖面中同一关键层的碳酸钙和原生腹足类壳体的14C测年对比研究,确定了晚全新世约2800calBP的层位及沉积速率0.045cm/a;8个样柱的137Cs和210Pbexc强度、蓄积量揭示了距今约120年来堤后盐沼的平均沉积速率约为0.35cm/a,而面向开放海湾的潮坪上部则达到约2～3cm/a。研究区近1个世纪以来沉积速率的加速趋势,是渤海湾西岸泥质海岸带的特征之一。

岱海^(14)C测年的现代碳库效应研究

碳库效应的复杂性是影响建立湖泊沉积物高精度年代序列的一大障碍。本项研究通过我国内蒙古半干旱区封闭湖泊表层沉积物、湖水、现生沉水植物狐尾藻、现生鲤鱼鱼骨和湖岸表层土壤等一系列样品的14C年代测定,表明现代岱海确实存在碳库效应。碳库效应年龄因湖水盐度在湖区的不均而有所变化,岱海西部湖区弓坝河径流补给量大,湖水盐度较东部稍低,碳库效应年龄也略小于东部湖区。表层沉积物中有机质包含浮游生物和沉水植物的混合信息,因而其碳库效应年龄较沉水植物年龄轻,岱海湖心表层沉积物碳库效应年龄在2000a左右。这一碳库效应年龄较通过沉积钻孔14C年龄线性回归获得的年龄偏大,可能的原因是在时间序列上碳库效应并非恒定。

黄土剖面古土壤和生物化石^(14)C测年对比

精确、可靠测定古土壤和生物化石年代是重建环境变化过程、探讨人地关系的关键.研究古土壤中不同组分年代的异同对于分析土壤中碳附存状态和碳储存库十分重要.对甘肃省榆中县境内兴隆山典型黄土剖面采集的动物化石、土壤无机质、土壤有机质3个样品进行常规14C和AMS测年,发现同一地层相同点样品不同组分的测年结果相差悬殊,样品无机质比其有机质年龄(3682±70)a偏老2624a.对其14C测年可靠性对比分析发现,常规14C和AMS对骨骼和牙齿化石测年相差仅为13a,校正为日历年后几乎相等,认为实验室产生的误差很小,而碳的来源、组成及其“死碳”混入的比例是影响测年结果的主要因素.化石年龄与土壤有机质年龄之间的差别,揭示该剖面可能存在持续时间达千年以上的沉积间断.由于同一层位骨化石、土壤有机质、土壤无机质14C测年结果差异,在进行化石年代确定、考古及古文明研究、生态植被恢复、土壤无机碳存储库研究中,年龄的界定应选择相应的测年数据.

高盐度地下水^(14)C测年样品采集技术探讨

高盐度地下水 (卤水 ) 14 C样品采集是同位素水文地质界的一个难题。罗布泊钾矿区卤水的化学组成特征是 :平均矿化度为 35 3.5 g/L ,SO2 -4的质量浓度 4 4 .0 3g/L ,HCO-3 的质量浓度为0 .2 71g/L。为此 ,文中借鉴一般地下水 (淡水或微咸水 ) 14 C样品的采集原理 ,设计出一套真空取样装置。其操作步骤是 ,首先通过调节卤水的 pH值 ,使得水中的无机碳以CO2 气体的形式溢出 ,然后 ,导入装有NaOH与BaCl2 混合溶液的样品瓶中 ,在野外获得高盐度卤水14 C测年样品。罗布泊卤水测试结果表明 ,这一流程有效地解决了硫酸盐干扰问题 ,卤水14 C样品质量可靠。该技术可为高盐度地下水测年提供有效手段 ,对低盐度地下水14 C取样也具有重要的推广使用价值。

巴里坤湖孢粉浓缩物^(14)C测年可行性研究

14C测年是湖泊沉积物定年的主要方法之一,随着对过去气候环境变化的深入研究,对于湖泊样品中的年代要求更高,而不同的测年物质的14C定年结果,会有不同的误差。通过对巴里坤湖部分样品,分别进行块状样有机质、陆生高等植物残体以及孢粉浓缩物定年比较,以探讨干旱区湖泊中14C定年的方法。测试结果表明:孢粉浓缩物与陆生高等植物残体的测年值极为接近,在西北干旱区湖泊测年过程中,孢粉浓缩物有望成为一种可靠的测年材料。在探讨湖泊沉积物年代的"碳库"效应时,孢粉浓缩物定年可能会成为一种有效的方法。

江西瑞昌铜岭古矿冶遗址的^(14)C-AMS研究

将超灵敏小型回旋加速器质谱计运用于江西瑞昌铜岭古矿冶遗址的14C-AMS测量,并与作者过去的液闪测年结果进行了比较,进一步证明了我国采铜炼铜的规模生产在商代早期就已存在。

“死碳”对^(14)C年代测定影响的初步研究

在回顾14C测年技术发展的基础上,指出了影响14C测年精度的各种因素,并初步讨论了"死碳"对14C年代的影响。通过对岩溶区"死碳"的成因分析以及对碳酸盐样品的14C年代学研究,认为酸的来源不同,是造成岩溶区样品14C年代偏老的原因;局部环境中"死碳"释放是造成水生样品14C表观年龄偏老的主要原因。由于影响岩溶区样品14C年龄的因素是多方面的,目前尚无有效的校正办法。为此,作者在讨论了洞穴碳酸盐样品年代的可靠性及影响因素的基础上,提出了用交叉对比定年的方法解决"死碳"对14C测年的影响问题和在岩溶地区谨慎使用14C年龄的建议。

基岩就地^14C测年及古地震潜在应用

在陆地表面系统,^(14)C主要通过宇宙射线与大气和暴露岩石2个明显不同的介质发生核反应产生。在大气中生成的^(14)C,由此建立的^(14)C测年方法已广泛应用于考古学和古环境及地球各圈层的相互作用等方面的研究,推动了相关学科的发展;在基岩中产生的就地(in situ)^(14)C,随着加速器质谱计探测灵敏度的提升,就地^(14)C对地表过程的研究潜力开始得到广泛认可和关注,也已成为解决一些地球科学问题的重要方法。文中简要介绍了就地^(14)C的形成机制、产率值、实验方法的历史与现状以及使用宇宙成因核素研究基岩正断层活动性方面的最近进展。