鈾系不平衡定年法課件

鈾系不平衡定年法

TheUraniumSeriesDisequilibriumDatingMethod導(dǎo)論定年原理鈾釷定年法（U-Thdating）應(yīng)用洞穴碳酸鹽（Speleothem）導(dǎo)論定年的重要性全球各地的氣候異常，使〝氣候變遷〞成為20世紀(jì)末、21世紀(jì)初重要的議題。因此科學(xué)家們便藉由各種紀(jì)錄環(huán)境變化的物質(zhì)（如：湖泊及海洋沈積物、珊瑚、洞穴巖…等）來觀察地球環(huán)境長(zhǎng)期變化是否有一定的趨勢(shì)或循環(huán)，以求瞭解未來氣候變化的可能趨勢(shì)。而想精確解析古環(huán)境的變化，必先確定環(huán)境事件發(fā)生的年代為何，有了準(zhǔn)確的時(shí)間資訊後，方能將全球各地不同的紀(jì)錄作對(duì)比與校正。因此，〝定年〞工作可說是研究古環(huán)境變遷中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。IntroductionIntroductionUranium:U6+→UO22+Thorium:Th4+→Th(OH)4Uranium-seriesdatingIntroductionIntroductionDaughter-deficiency230Th/234UDaughter-excess234U/238UIntroduction鈾系定年理論基礎(chǔ)何謂鈾系定年法？放射性定年法的一種利用放射性元素的含量和其蛻變產(chǎn)物的含量的比例，決定礦物或巖石絕對(duì)年齡的方法何謂〝鈾系〞？以238U、235U、232Th為首的天然放射性系列最後變?yōu)殂U的穩(wěn)定同位素Theory核種圖232Th14By234U248ky230Th75kyαTheory分析技術(shù)Bateman(1910)：鈾系不連續(xù)系列可用於定年Khlapin(1926)：應(yīng)用在含鈾礦物的定年基本假設(shè)〝鈾礦在剛形成時(shí)不含釷同位素，且234U與238U則成放射平衡〞Barnes(1956)：α計(jì)數(shù)法（alpha-countingmethod）將U-Th測(cè)量法應(yīng)用在珊瑚上Chen(1986)：用TIMS分析234UEdward(1987)：230ThLuo(1997)：應(yīng)用ICP-MS測(cè)量U、ThTheorySampleCriteriaFormswithappreciableUFormswithnegligibleTh

→initial230ThRemainsaclosedsystem

Initial230ThTh

4+→lowsolubility,strongadsorbabilitySourceof230ThAuthigenic(fromU)Detrital

colloidalphasesattachtoorganicmoleculesincarbonatecomplexes232Thand230TharechemicallyequivalentThe230Th/232Thratio→isochrontechnique

AgeEquation簡(jiǎn)化(Chengetal.,2000)yλ230=9.1577x10-6λ234=2.8263x10-6y=ax+bxab230Th-238UIsochronDiagram鈾釷定年法之應(yīng)用洞穴巖(speleothem)將鈾釷不平衡定年法運(yùn)用到洞穴碳酸鹽沈積物（洞穴巖）中，為探索第四紀(jì)環(huán)境變化的工作提供了一個(gè)重要的技術(shù)。洞穴巖的生長(zhǎng)（即碳酸鈣的沈積）相似於樹木的年輪或湖泊沈積物，具有明顯的微層構(gòu)造發(fā)育（GilsonandMacartheny,1954），且其生長(zhǎng)紋層與氣候相對(duì)變暖、變冷及潮溼、乾燥的事件相關(guān)。洞穴巖是陸相沉積物，解析度高，可以與深洋巖心和冰心紀(jì)錄對(duì)比。Application何謂洞穴巖？石灰?guī)r洞穴中，次生碳酸巖沈積鐘乳石（stalactite）石筍（stalagmite）流石（flowstone）Application鐘乳石石筍流石洞穴巖的形成機(jī)制Ca2＋＋2HCO3-?CaCO3＋H2O

＋CO2Application氧同位素平衡平衡方程式CaC16O3＋3H218O

?CaC18O3＋3H216OApplicationO2(air)碳同位素平衡影響碳同位素的主要因素洞穴上方植被的變化如：C3、C4植物族群相對(duì)比例的改變Application記錄長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境變化優(yōu)點(diǎn)分佈廣時(shí)間跨度長(zhǎng)生長(zhǎng)機(jī)制對(duì)環(huán)境敏感且保存信息完整適合鈾系不平衡定年洞穴巖ApplicationDistributionofkarstintheworld.洞穴巖優(yōu)點(diǎn)分佈廣時(shí)間跨度長(zhǎng)生長(zhǎng)機(jī)制對(duì)環(huán)境敏感且保存信息完整適合鈾系不平衡定年Application數(shù)十年至六十萬年cf.14C定年：～五萬年洞穴巖優(yōu)點(diǎn)分佈廣時(shí)間跨度長(zhǎng)生長(zhǎng)機(jī)制對(duì)環(huán)境敏感且保存信息完整適合鈾系不平衡定年Application洞穴巖缺點(diǎn)洞穴碳酸鹽生長(zhǎng)時(shí)，因含釷的碎屑物質(zhì)（如黏土礦物、有機(jī)物等）會(huì)隨著地下水進(jìn)入晶格中沈積，造成定年上的偏差。定年標(biāo)本不經(jīng)歷再結(jié)晶作用，因?yàn)樵诮Y(jié)晶作用會(huì)影響鈾的含量（GeyhandHenning,1986）。ApplicationExperimentalMethodsSub-sampling:MillingChemicalseparationofuraniumandthoriumSpectraGelIonExchangeMeasurement:InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry(ICP–MS)IsochrontechniqueApplication實(shí)驗(yàn)流程採(cǎi)樣ApplicationIsochronSub-sampleSampleWeight(mg)238Uconc.(ppm)232Thconc.(ppb)UncorrectedAgeCorrectedAgeaMiddle40.52.555.41,383±341,344±34Left42.82.5422.81,519±461,349±44Right37.72.25291.63,797±551,348±51(Doraleetal.,1998)IsochronTechnique臺(tái)灣洞穴巖及鈾系不平衡定年法的相關(guān)研究臺(tái)灣洞穴巖的研究至今還處?kù)堕_發(fā)的階段，由於臺(tái)灣的洞穴巖普遍經(jīng)過再結(jié)晶作用，加上構(gòu)造活動(dòng)頻繁可能造成地下水路徑的改變，不利於洞穴碳酸鹽之研究