Слайд 1Методы датирования четвертичных образований
Санкт-Петербургский государственный университет
Институт наук о Земле
В.Ю.
Кузнецов
Зав. Лабораторией «Геоморфологии и палеогеографии полярных регионов и
Мирового океана»
Слайд 2Микропалеонтология (спорово-
пыльцевой и фораминиферовый анализы)
Геохимия
Радиоуглеродное датирование
Радиоизотопные методы
(230Th,
231Pa, 230Th/232Th, 231Pa/230Th, 230Th/U, 210Pb)
методы
Развиваемые и используемые методы
Слайд 3Биостратигирафические методы
Биостратиграфия основана на выделении определенных единиц
в породах и их корреляции по разнообразным ископаемым остаткам.
Известно, что организмы особенно чувствительны к изменениям среды по сравнению с таким неорганическим материалом, как минеральные составляющие осадков, и могут изменяться даже в ответ на неуловимые вариации параметров среды.
Поэтому (1) ископаемые остатки фауны и флоры дают более детальную информацию о палеосреде, чем методы литостратиграфии, о которых мы уже говорили.
Кроме того, (2) в стратиграфических исследованиях использование так называемых палеонтологических методов, в том числе и микропалеонтологических анализов, дает возможность определять относительный возраст осадков и получать сведения о палеогеографических событиях.
Слайд 4Палинологический (спорово-пыльцевой) анализ.
Значительно более универсальным методом датирования и изучения
палеорастительности
является палинологический или СПА, основы которого заложены
шведом фон Постом в
первой половине ХХ века. В СССР наибольший вклад в развитие
метода внесли Сукачев и Гричук. СПА относится к микропалеонтологическим методам
исследования отложений.
Микропалеонтологический метод – метод использования ископаемой фауны и флоры
для датирования геологических событий, основанный на том, что каждому отрезку
геологического времени соответствует свой специфический комплекс растительных или
животных видов.
Метод СПА основан
на свойстве растений терять пыльцу и споры, которые имеют крепкую оболочку, не поддающуюся разрушению под действием давления, при транспортировке, под воздействием кислотных грунтовых вод. Они задерживаются практически в любых отложениях, но в автохтонном виде встречаются прежде всего в озерно-болотных осадках, которые представляют для их изучения наибольшую ценность.
Слайд 5 Что такое спорово-пыльцевой анализ (СПА)?
СПА относится к группе
палеоботанических методов (или, иначе, к микрофлористическим
методам палеоботаники) изучения осадочных пород.
Среди палеоботанических методов
СПА занимает приоритетное положение.
Этому способствует:
хорошая сохранность оболочек пыльцы и спор;
их присутствие практически во всех генетических типах отложений, начиная с рифейских;
обилие пыльцы и спор в осадочных породах обеспечивает возможности статистической обработки результатов анализа.
Целью СПА является:
восстановление палеогеографических условий осадконакопления;
дальние палеогеографические и стратиграфические корреляции;
возрастное расчленение рыхлых отложений;
вопросы археологии и т.д.
Пыльцевое зерно – это мужская клетка, которая участвует в процессе создания семян. Споры и пыльца, не выполнившие свои физиологические функции, разносятся ветром, попадают на поверхность почвы и акваторий и постепенно фоссилизируются. Каждое пыльцевое зерно и спора имеют разные морфологические признаки, строго характерные для определенной систематической группы растений.
Слайд 6 Спорово-пыльцевой спектр (СПС)
Совокупность пыльцевых зерен и
спор составляет спорово-пыльцевой спектр (СПС).
Ископаемые СПС отражают древнюю растительность, которая
существовала во время
формирования горизонта отложений, вмещающего эти спектры. Поскольку каждая
геологическая эпоха характеризовалась только ей свойственной палеорастительностью и
палеофлорой, постольку данные СПА позволяют судить не только о составе флоры и
растительности этапа накопления изучаемых отложений, но и об их возрасте.
Палинозоны – стратиграфические интервалы, характеризующиеся устойчивым
сочетанием таксонов в определенных количественных соотношениях. Выделяется
палинозона как толща, содержащая однотипный состав пыльцы и спор, отличающийся от
ниже- и вышележащих толщ при детальном послойном изучении пыльцы и спор в
непрерывных разрезах. Границы выделяемых палинозон иногда совпадают с границами
литологических горизонтов.
Родовая идентификация спор и пыльцы обычно не представляет больших трудностей.
Сложнее обстоит дело с видовыми определениями, но в последнее время и здесь
достигнут значительный прогресс – из-за улучшения инструментальной базы
(микроскопов) и наличия более полных коллекций и атласов.
Послойное изучение осадочных толщ методом СПА позволяет проследить
исторический ход развития растительности – от холодолюбивых к теплолюбивым и затем
к холодолюбивым, и тем самым определить характер изменения климатических условий.
Слайд 7Рис. 3. Спорово-пыльцевая диаграмма разреза Мшинское.
Условные обозначения (сверху вниз):
1- торф, 2- песок, 3- глина.
Слайд 8Три изотопа: 12С, 13С и радиоактивный 14С (или радиоуглерод)
Радиоуглерод постоянно
поглощается живыми организмами
и одновременно распадается происходит ОБМЕН
Если организм отмирает обмен прекращается
происходит
ТОЛЬКО распад радиоуглерода
его содержание в организме постепенно снижается
это позволяет датировать остатки органического происхождения в диапазоне
200 – 50 000 лет
Радиоуглерод является космогенным изотопом.
Источником образования 14-С в атмосфере является космическое излучение,
или космические лучи, которые бывают первичными и вторичными.
Основная часть радиоуглерода образуется по реакции:
14-N + n = 14-C + p
Радиоуглерод
Слайд 9Радиоуглеродный метод датирования открыт в 1949 году Уиллардом Либби
В основе
надежности метода
– три основных процесса:
Постоянство
радиоактивного
распада;
Постоянная генерация
радиоуглерода
под
воздействием
космических лучей
Углеродный цикл Земли
Радиоуглерод
Зарецкая Н.Е., ГИН
Слайд 10Пока организмы участвуют в цикле обмена, в них поддерживается
равновесная
концентрация радиоуглерода
Со смертью организма 14С выводится из цикла,
и поступление
радиоуглерода прекращается
С этого момента начальная концентрация (14С0) радиоуглерода в образце
начинает снижаться за счет радиоактивного распада
период полураспада (T) радиоуглерода был определен Либби как 5568 лет
Возраст образца (t) рассчитывается по формуле:
t = T/0,69 ln (14С0 / 14Ct)
где T – период полураспада радиоуглерода = 5730 годам;
14С0 – начальная концентрация радиоуглерода (определяется экспериментально,
исходя из неизменности изотопного состава 14С в биосфере, путем измерения
концентрации 14С в современных объектах);
14Сt – концентрация радиоуглерода в образце (измеряется на счетчиках)
Радиоуглерод
Слайд 11- древесина
обугленная (угли из очага, бревна и т.п.)
необугленная (ветки, бревна,
доски, плахи и пр.)
- земля, обогащенная органикой
почва
очажные массы
культуровмещающие отложения
- торф
или растительный детрит
- раковины моллюсков
- кости (все разновидности – зубы, рога, части скелета) и костный уголь
- нагар на обломках керамики
- текстиль
- собственно обломки керамики
- карбонаты
Радиоуглерод, материалы для датирования
Слайд 12Как определяют концентрацию 14С в образце?
С помощью счетчиков
радиоактивности
С помощью
ускорительной
масс-спектрометрии (AMS)
Все лаборатории России
В России нет, т.к. очень дорогие
прибор
и обслуживание
Для точных измерений
нужны образцы массой:
от первых граммов
до десятков граммов
Достаточно нескольких мг – первых граммов
образца (можно датировать даже зерна пыльцы)
Радиоуглерод
Даты отсчитываются от 1950 года,
что выражается в русскоязычных текстах «14С лет назад», в англоязычных – “BP”,
после указанного числа лет и доверительного интервала.
Например: 3450+40 14С лет назад или 3450+40 BP
Слайд 13ВАРИАЦИИ КОНЦЕНТРАЦИИ РАДИОУГЛЕРОДА,
существенно влияющие на возраст образца
В процессе развития метода
было показано, что:
I. Существуют вариации концентрации радиоуглерода во времени,
из-за колебаний магнитного
поля Земли, климата, солнечной активности
Подобные вариации учитываются при преобразовании радиоуглеродного возраста
в календарный, т.е. при калибровке дат.
II. Существуют вариации концентрации радиоуглерода в пространстве,
из-за наличия резервуаров радиоуглерода, таких как океаны, моря, реки, озера.
Для учета подобных вариаций необходимы тщательные дополнительные исследования,
для каждого конкретного резервуара
Радиоуглерод
Зарецкая Н.Е., ГИН
Слайд 14Для всего голоцена с помощью сопоставления результатов
дендрохронологического и радиоуглеродного
возраста
древесных колец долгоживущих сосен Pinus aristata
и других видов
деревьев построены надежные декадная
(измерялся радиоуглеродный возраст каждых 10 колец)
и бидекадная (20 колец) калибровочные кривые
10 колец
Радиоуглерод
Зарецкая Н.Е., ГИН
Слайд 15Пространственные вариации концентрации радиоуглерода –
резервуарный эффект
(влияние резервуаров воды –
морей, озер, рек)
«Носители» резервуарного эффекта:
Морские млекопитающие - Раковины моллюсков
Кораллы - Рыба, обитающая в водоемах
Если 14С находится в пределах резервуара длительное время и отсутствует обмен с атмосферой и перемешивание воды, то концентрация 14С снижается
и происходит «старение» углерода.
Проблема: нет единого коэффициента для резервуар-эффекта;
для каждого резервуара определяется свой коэффициент
Примесь старого углерода снижает концентрацию 14С.
Это приводит к увеличению возраста образцов.
Решение: комплексное датирование
Радиоуглерод
Зарецкая Н.Е., ГИН
Слайд 16Методы датирования, основанные на применении изотопов рядов урана
Радиоизотопные геохронологические исследования,
проводимые нами на протяжении последних 30 лет,
основаны на применении
радионуклидов из
природных рядов урана – 238U и 235U
Основные
цели
Экспериментальное обоснование применения метода
Интерпретация полученных результатов
Цели исследований
Совершенствование методов датирования
Слайд 17Упрощенные схемы радиоактивных превращений в природных рядах урана 238U и
235U
Появление и внедрение в практику геохроно-логических исследований в океане
т.н. неравно-весных методов датирования явилось результатом установления в океанской воде и, как следствие, в донных отложениях нарушения радиоактивного равновесия в природных рядах урана
Методы датирования, основанные на применении изотопов рядов урана
Слайд 18 две
категории
основанные на накоплении дочернего радиоизотопа, стремящегося
к равновесию с материнским
радиоэлементом
основанные на явлении радио-активного распада избыточного над равновесным с материнским изотопом дочернего нуклида
Методы датирования, основанные на применении изотопов рядов урана
Слайд 19 методы, основанные на явлении радиоактивного распада избыточного
над равновесным с материнским изотопом дочернего нуклида
1
230Th exc 231Pa изб,
230Th/232Th,
231Pa/230Th
210Pb изб (210Pb/Pb-)
Объекты датирования:
Озерные и морские осадки с высокой
скоростью седиментации
Молодые гидротермальные руды
Объекты датирования:
Океанские осадки
Железомарганцевые
конкреции и корки
Пределы 230Thизб. датирования
1000-2000 – 300000-350000 лет
Пределы 231Paизб. датирования:
1000-2000 – 150000-200000 лет
Пределы 210Pb/Pb-датирования:
5-10 – 100-150 лет
Методы датирования, основанные на применении изотопов рядов урана
Слайд 20 методы, основанные на явлении радиоактивного распада избыточного
над равновесным с материнским изотопом дочернего нуклида
1
Методы датирования, основанные на
применении изотопов рядов урана
= 0.693/Т1/2,
Т1/2 для 230Th = 75 000 лет, для 231Ра = 34 500 лет;
A0 – удельная активность 230Th (231Ра) в поверхностном слое (имп./мин·г);
An - удельная активность 230Th (231Ра) в слое n (имп./мин·г)
А0 = An х е - t
Слайд 21Объекты датирования:
кораллы
раковины
моллюсков из морских
трансгрессивных отложений
сталактиты, сталагмиты
гидротермальные сульфидные руды
межледниковые/межстадиальные
континентальные отложения
(погребенный торф, гиттия)
методы, основанные на накоплении дочернего радиоизотопа, стремящегося к равновесию с материнским радиоэлементом
2
230Th/U-метод (накопление 230Th из 234U)
Пределы 230Th/U-датирования:
1000-2000 – 300000-350000 лет
Методы датирования, основанные на применении изотопов рядов урана
Слайд 22Методы датирования, основанные на применении изотопов рядов урана
230Th
238U
λ0 238U
---------- = ------- (1 – e –λ0t) + [(1 - ------- ) (1 - --------- ) (1 – e (λ4 - λ0)t) ]
234U 234U λ0 – λ4 234U
2
методы, основанные на накоплении дочернего радиоизотопа, стремящегося к равновесию с материнским радиоэлементом
Слайд 23Protocol of radiochemical procedure
Схема радиохимического анализа
Полное растворение (осадки) НNO3 +
HF
Макроколонка с АВ-17
Элюирование примесей 7м HNO3
Осадок отбрасывается
Доочистка U- фракции на
микроколонке в тех же условиях
U-фракция электролиз
Альфа-спектрометрия
Th-фракция электролиз
Альфа-спектрометрия
Th-фракция элюирование 8м HCl
U-фракция элюирование 0.2 м HNO3
Доочистка Th- фракции на микроколонке в тех же условиях
Соосаждение с гидроокисью железа
Выщелачивание конц. НNO3 + HCl
Просушивание пробы образца до постоянного веса
Слайд 24 Альфа – спектры изотопов урана и тория, выделенных из
образца гидротермальных рудных отложений No. 1498-М-33
Слайд 25Термолюминесцентный (ТЛ) и
оптико-люминесцентный методы (ОСЛ)
Основаны на зависящем от
времени
накоплении радиационных нарушений в минералах.
Какие природные процессы и явления
создают условия для возникновения явления термолюминесценции?
Термолюминесцентный метод
Многие минералы (порядка 75%) при нагревании испускают видимый свет. Это явление носит название термолюминесценции.
Это - ионизирующее (или радиоактивное) излучение –
α, β, γ – излучение, которые вместе с космическим излучением более сложного состава взаимодействуют с атомами минералов.
Шейнкман, 2011
Слайд 26Термолюминесцентный (ТЛ) и
оптико-люминесцентный методы (ОСЛ)
Сущность ТЛ и ОСЛ методов
Ионизирующее
излучение освобождает электроны из ионов, образующих кристаллическую решетку минерала.
Эти электроны затем улавливаются атомными дефектами решетки. Дефекты образуются за счет примесей в основном кристалле породы.
- В отличие от правильно занятых позиций решетки атомные дефекты обычно характеризуются дефицитами (+) или (-) заряда.
- Большая часть свободных электронов аннигилирует с пустотами (дырами), имеющими положительный заряд и находящихся в не нарушенных узлах кристаллической решетки.
Малая часть электронов остается в ловушках (или дефектах кристаллической решетки) до тех пор, пока сообщенная им извне тепловая (световая) энергия не освободит их и не вернет в исходное состояние.
Этот переход сопровождается излучением света в видимой, а иногда в ультрафиолетовой области спектра. Повторное прогревание уже не вызовет
люминесценции.
Слайд 27Схема физических процессов как основы ТЛ датирования
Термолюминесцентный (ТЛ) и
оптико-люминесцентный
методы (ОСЛ)
Шейнкман, 2011
Слайд 28Термолюминесцентный (ТЛ) и оптико-люминесцентный методы (ОСЛ)
Интенсивность термолюминесценции (светосумма,
светопоток)
увеличивается с возрастом пород и зависит от их радиоактивности (как
самих
минералов, так и вмещающих отложений).
Явление ТЛ и ОСЛ используется для опреде-ления времени существова-ния какого-либо слоя в отложениях или для исследования термической истории пород
(застывание магмы со стертой в результате
разогрева запасенной дозы).
запасенная доза (рад)
возраст = ----------------------------------------
скорость запасания дозы (рад/год)
Рад — внесистемная единица дозы
излучения, поглощенной веществом.
Шейнкман, 2011
Слайд 29Термолюминесцентный (ТЛ) и оптико-люминесцентный методы (ОСЛ)
Предполагается, что гипергенные процессы (кристаллизация
магмы), воздействия
ультрафиолетового облучения или температуры приводит к стиранию так
называемой
прогенетической светосуммы минерала (например, при эоловом переносе, осаждении
частиц взвеси на дно).
Этот процесс определяет так наз. «нуль-момент», время, от которого начинается летоисчисление.
С этого момента минералы будут снова действовать как природные микродозиметры, в которых со временем будет накапливаться определенная светосумма\палеодоза.
Шейнкман, 2011
Слайд 31 Общие для ТЛ и ОСЛ методов предпосылки определения
возраста различных формаций:
в начальный момент времени (t=0) формирования отложений
(в процессе седиментации, роста кристаллов, затвердевания расплавов и т.д.) предыдущая (прогенетическая) палеодоза должна быть обнулена (фактически ликвидирована) экспонированием на свету или нагреванием.
в постседиментационное время отложения должны находиться в погребенном состоянии, не подвергаться нагреванию (для ОСЛ – не обязательно), большому давлению, обводнению и другим вторичным воздействиям.
скорость накопления дозы в единицу времени (годовая доза, мощность палеодозы) должна быть постоянна в пределах возрастных возможностей метода
Слайд 32
Определение годовой дозы (скорости запасания
дозы)
При определении годовой дозы учитывается концентрация радиоактивных
изотопов в образце и вмещающих его отложениях - суммарная доза (внутренняя и внешняя) в месте отбора проб.
Эта процедура производится в полевых условиях с помощью бета- и гамма-дозиметров, а также в лабораториях, где определяются концентрации (активности) основных дозообразующих изотопов – 238U, 234U, 230Th, 226Ra, 232Th, 228Th, 224Ra, 235U, 231Pa из рядов урана и тория, а также уровень β-активности 40К.
При этом считается, что доза облучения не менялась во времени с момента образования образца (раковины или какого-либо минерала). Это положение предполагает, что в рядах урана и тория отсутствовало нарушение радиоактивного равновесия, а содержание 40К не менялось.
пригодные для TL датирования:
Для датирования этим методом сейчас широко используются
кальцитовые раковины моллюсков, у которых «нуль-момент» фиксируется со времени начала кристаллизации самой раковины, сталактиты, сталагмиты.
В целом, для датирования используются: кварц, полевой шпат, циркон – в составе вулканических пород (лавы, пеплы), а также каменная соль, карбонаты кальция и магния, на континенте - эоловые и лессовые отложения, дюнные пески (содержащие тот же кварц, полевой шпат, стекло).
В океанских условиях весьма перспективным выглядит датирование морен, поскольку влияние ультрафиолетового излучения на стирание запасенной дозы незначительно (перекрывание осадочной толщей и столбом воды).
В археологии – керамика, обожженная глина, кремни, камни
Временные рамки ТЛ метода (теоретически) –
от тысяч лет до 1 миллиона лет.
Реальные пределы ТЛ метода -
от тысяч лет до 100 – 200 тыс. лет.
Слайд 34
Метод оптико-стимулированной люминесценции – ОСЛ (OSL)
Два явления
люминесценции – ТЛ и ОСЛ – различаются типом возбуждения (электронов
в ловушках):
Тепловое возбуждение вызывается нагревом (для ТЛ-метода);
Оптическое возбуждения вызывается воздействием света (для ОСЛ)
В результате такого воздействия электроны рекомбинируют с дырочными центрами (центрами люминесценции) с испусканием соответствующего люминесцентного излучения.
ОСЛ
В отличие от ТЛ, электроны удаляются из ловушек не термически, а оптически.
В соответствии с используемой спектральной областью светового возбуждения говорят о различных ОСЛ-методах:
ИКСЛ – с инфракрасным возбуждением
ЗСЛ – с зеленым возбуждением
По аналогии с ТЛ, сигнал ОСЛ используют для оценки естественной дозы, полученной минералом за время, прошедшее с момента его формирования или последней переустановки хронометрической системы.
Начало ОСЛ датирования – 1985 г.
сравнению с ТЛ этот метод имеет преимущества:
ОСЛ метод основан на
существовании легко отбеливаемых (стираемых) электронных ловушек, которые освобождаются уже после нескольких минут экспонирования при дневном свете.
Т. е., оптическая чувствительность ОСЛ метода необычайно высока.
Пример: под влиянием солнечного света ОСЛ сигнал кварца стирается до 1% от его начального значения за 10 секунд, полевого шпата – за 9 минут.
Почти полная оптическая переустановка сигнала ОСЛ, т.е. в отличие от ТЛ не остается неотбеленных (нестертых) остаточных сигналов;
при ТЛ методе изменение t0 во времени приводит к стиранию дозы и омоложению возраста, тогда как при ОСЛ - освещение исследуемого образца практически исключается его захоронением, и сигнал сохраняется;
ОСЛ метод позволяет датировать более молодые образцы (порядка сотен лет), чем при ТЛ датировании
В случае ОСЛ ужесточаются требования к отбору образцов.
Слайд 36Термолюминесцентный (ТЛ) и
оптико-люминесцентный методы (ОСЛ)
Шейнкман, 2011
Слайд 37Термолюминесцентный (ТЛ) и
оптико-люминесцентный методы (ОСЛ)
Шейнкман, 2011
Слайд 38Объекты наших исследований
Морские
карбонатные
отложения
Слайд 39В результате обобщения собственных и литературных данных показано:
недостаточная обоснованность практического
применения 230Th/232Th и 231Pa/230Th-методов для датирования океанических формаций разного генезиса.
правомерность
применения в этих целях отдельно 230Th- и 231Pa-методов датирования
230Th- и 231Pa методы датирования
Теоретические
кривые
распределения
радионуклидов
в осадках
Вертикальное распределение
230Th и 231Pa в колонке металлоносных осадков (депрессия Бауэр, Тихий океан)
Слайд 40Распределение 230Th/232Th, 231Pa/230Th
в осадках и ЖМО
Слайд 41Результаты геохронологического изучения палеоклиматически охарактеризованных колонок фораминиферовых и металлоносных осадков,
хроностратиграфическое расчленение и корреляция этих отложений
Фораминиферовые осадки
Металлоносные осадки
Геохронологические данные
в
палеоклиматологии, палеоокеанологии
Слайд 42Колонки металлоносных осадков в пределах САХ
Геохронологические данные в морской геологии
Слайд 43Ferro-manganese nodules, some examples
Ferro-manganese crusts
Железомарганцевые конкреции
Железомарганцевые корки
Железомарганцевые образования
Слайд 44Результаты 230Th, 230Th/232Th и альфа-трекового методов датирования ЖМО
Слайд 45Основные теоретические положения 230Th/U метода
В момент своего формирования природный материал
включает только уран, из которого со временем в результате радиоактивного
распада накапливается дочерний изотоп 230Th. В итоге, современное отношение активностей 230Th/234U в датируемом объекте является мерой искомого возраста.
В постседиментационное время (или время, прошедшее с момента захоронения или начала формирования) датируемый объект является закрытой радиометрической системой относительно изотопов урана и тория (т.е. эти изотопы в объект не поступают и не удаляются из него).
Слайд 46 230Th/U-возрасты раковин моллюсков из морских осадков разреза «Эльтиген».
230Th/U-датирование
раковин моллюсков из
черноморских трансгрессивных отложений
Геохронологические данные в палеоокеанологии
Слайд 47Исследованные гидротермальные участки САХ
Гидротермальные
рудные поля
расположены в
пределах
Российского
разведочного района
на Срединно-
Атлантическом хребте
Слайд 48230Th/U датирование гидротермальных руд
Черный «курильщик» (САХ)
Слайд 49Marine geology. Hydrothermal ores
Hydrothermal ores sampling in the Marine expedition,
2011, with the participation of our young scientist
PhD student
Aleksey Zheleznov.
Слайд 50Положение рудных полей
Ашадзе-1 и -2 на профиле
и результаты
датировки образцов сульфидов
Морская геология. Гидротермальные руды
Слайд 51Максимальные возрасты рудных построек гидротермальных полей района «Семенов»
Показано:
Масштабное рудообразо-вания
началось не ранее 124 тыс. лет назад и продолжается до
сих пор
Гидротермальная актив-ность зародилась в восточной части района и продвигалась на запад, сохраняя стадийность
Выделено не менее 12 эпизодов активизации гидро-термальной деятельности и рудоотложения, с ней связанного
Морская геология. Гидротермальные руды
Слайд 52 Временные параметры эпизодов гидротермальной деятельности в пределах САХ по результатам
230Th/U-датирования сульфидных руд и 230Th-датирования металлоносных осадков различных гидротермальных полей.
На рисунке приведены только те осадочные колонки, в составе которых наиболее отчетливо проявляется вклад гидротермального вещества.
Применение геохронологических данных в морской геологии
Слайд 53Положение гидротермальных построек на ВТП поле 9050’ с. ш.
(по
Богданову и др., 2006).
До конца 80-х годов в пределах поля
наблюдалась развитая гидротермальная деятельность. В 1991 г. произошло излияние магмы, лавовыми потоками которой были погребены функционировавшие источники и биота.
Последующие экспедиции в этот район ВТП отмечали зарождение и развитие гидротермальных процессов во времени.
Пробы гидротермальных обра-зований получены и описаны в 2003 г. в 49-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» во время погружений ГОА «Мир».
Молодые гидротермальные руды
Слайд 54Содержание изотопов урана и тория в образцах сульфидных рудных отложений
гидротермального поля 9050’ с. ш. (ВТП).
Содержание изотопов свинца и радия
в образце 4668-1
(фрагмент верхушки колчеданной активной трубы).
Молодые гидротермальные руды
Слайд 55Расположение исследованных разрезов
Слайд 56230Th/234U датирование континентальных
межледниковых/межстадиальных осадков
Установлено, что в торфе, как древнем
так и живом, наблюдаются высокие концентрации урана (от 25·10-6 г/г
и выше), что в принципе создает возможность для их датирования уран-ториевым методом (Vogel, Kronfeld, 1980; Halbach, Von Borstel, Gunderman, 1980).
Действительно, в дальнейшем было установлено, что высокие содержания 230Th в погребенных торфах обусловлены его накоплением из материнского урана органической фазы (содержание которой иногда достигает 80-90%) осадков,
а величина отношения 230Th/234U может служить мерой возраста этих органогенных отложений.
Слайд 57230Th/U датирование континентальных
органогенных отложений
Схема формирования погребенного торфа (гитии) как
объекта, пригодного для 230Th/U датирования
Слайд 58Местоположение разреза “Микулино”
Описание разреза сверху вниз:
0,0-0,2 м - гумусированный
суглинок с корнями деревьев; 0,2-0,3 м - торф темно-коричневый
с вкраплениями песка; 0,3-1,3 м - торф темно-коричневый; 1,3-1,5 м - гиттия темно-серая, плитчатая; нижние 10 см являются водоносным горизонтом.
Слайд 59230Th/U-датирование межлдениковых / межстадиальных отложений
Распределение содержаний 238U, 232Th, отношения 238U/232Th
и значения зольности (%) в вертикальном профиле разреза «Микулино».
Слайд 60230Th/U-датирование межлдениковых / межстадиальных отложений
Результаты радиохимического анализа выщелатов (L/L- модель)
из образцов торфа разреза «Микулино».
Жирным шрифтом выделены образцы,
пригодные для расчета
возраста
Слайд 61230Th/U-датирование межлдениковых / межстадиальных отложений
Поскольку в процессе анализа
в датируемую органическую фазу образца неизбежно поступают различные количества т.н.
детритных урана и тория из минеральной составляющей торфа, в настоящее время мы используем 2 метода химического анализа для последующей коррекции полученных значений изотопных соотношений 230Th/234U и 234U/238U в исследуемой органической фракции.
1). Первая модель коррекции – Leachate Alone (L/L) – предложена Шварцем и Латамом (Schwarz, Latham, 1989) и Пржыбыловичем и др. (Przybylowicz et al., 1991) и основана на радиохимическом
изучении выщелатов (растворов), получаемых при растворении
органической фазы образцов торфа.
2) Вторая модель – Total Sample Dissolution (TSD), - также использующая метод изохрон и основанная на полном растворении образцов, разработана Бишоффом и Фитцпатриком (Bischoff, Fitzpatrick, 1991) и Луо и Ку (Luo, Ku, 1991).
В этом случае достоверность получаемых с применением этих 2-х подходов датировок подтверждается близкими значениями обоих изохронно-скорректированных возрастов
Слайд 62230Th/U-датирование межлдениковых / межстадиальных отложений
Графики изохрон для внутренней части разреза
"Микулино"; рассчитанный абсолютный возраст - 109.5 6.2/5.3 тыс. лет
Углы
наклона построенных таким образом, что изохроны соответствуют скорректированным на детритный привнос значениям отношений 234U/238U и 230Th/234U, которые и используются в дальнейшем при расчете истинного абсолютного возраста исследованных погребенных торфов по формуле:
230Th 238U λ0 238U
---------- = ------- (1 – e –λ0t) + [(1 - ------- ) (1 - --------- ) (1 – e (λ4 - λ0)t) ] ,
234U 234U λ0 – λ4 234U
где λ0 и λ4 – постоянные радиоактивного распада 230Th и 234U; 230Th/234U и 238U/234U – отношения активностей, рассчитанные по методу изохрон; t –возраст образца
Слайд 63230Th/U-датирование межледниковых / межстадиальных отложений
Спорово-пыльцевая диаграмма отложений из разреза «Микулино».
Данные спорово-пыльцевого анализа относят погребенный торфяник разреза «Микулино»
ко второй половине последнего межледниковья, что согласуются с его 230Th/U-возрастом в 109.5 6.2/5.3 тыс. лет. Эта датировка несколько выпадает из принятых на сегодняшний день временных рамок МИС 5е, но вполне сопоставима в пределах ошибки с ее верхней границей ~ 114 тыс. лет назад (Bassinot et al., 1994)
Слайд 64Tolokonka section
Объекты исследования
Разрез Толоконка
Слайд 65* - All the dates (OSL, 230Th/U-, 14С) are arranged
according to the stratigraphic sequence of the layers.
Время формирования
погребенных
озерных осадков
соответствует климатическому
оптимуму морской изотопной
стадии МИС-3,
тырыбейскому потеплению,
характерному для Северо-запада
России
230Th/U-датирование межледниковых / межстадиальных отложений
Слайд 66Погребенные древесные остатки
It is known that wood remains are often
found in Middle and Late Pleistocene sediments. The first attempts
to date Late Pleistocene wood remains in Eastern Canada by the 230Th/U method were made in the mid-1980s, but subsequent applications were sporadic and not exhaustively developed.
We applied both the 230Th/U and
14C methods to a buried larch trunk from the Lipovka Site (the Tobol River, Siberia).
Разрез Липовка (р.Тобол, Западная Сибирь)
Слайд 67230Th/U -датирование погребенной древесины
Перекрестное 14С- и 230Th/U- датирование пневого горизонта
из почвенного горизонта «с» в разрезе у с. Липовка (р.
Тобол)
Слайд 68Погребенные травертины
We determined U and Th isotope abundances in five
samples from the uppermost, middle, and bottom part of a
1-meter travertine section
exposed in a quarry near
the Pudost railway station
Our geochronological study focused first on a buried, freshwater carbonate layer of biogeochemical origin from a travertine deposit within the Izhora plateau (Leningrad Province, North-Western Russia).
The thickness of this carbonate massif is abnormally great relative to similar deposits on the Izhora plateau. Its maximal thickness is about 7.6 meters, over an area of about 2.5 kilometers length and about 300 m width.
разрез Пудость
Слайд 69Датирование травертинов, основные выводы
The 230Th/U dates of travertine
layers from both the Pudost and Antelevo Sites are in
good agreement.
The 230Th/U dates support the hypothesis of geological events associated with the catastrophic water breakout of the Pudost’ ancient lake.
All the dates (230Th/U-, 14С) are arranged according to the stratigraphic sequence of the layers in both the Pudost’ and Antelevo Sites.
230Th/U and 14C dates of travertine and underlying sediments
Слайд 70
230Th/U датирование межледниковых /
межстадиальных отложений, Восточная Германия
Слайд 71
230Th/U датирование межледниковых /
межстадиальных отложений, Восточная Германия
The analytical data
obtained for the five duplicate samples I-4 and I-5 from
the Banzin 1, and II-1, II-2 and II-5 from the Banzin-II had been analyzed by both L/L and DSD technique were taken into age calculation and yielded agreed isochronously-corrected ages 117.6 ± 9.7/7.9 kyr (L/L) and 121.3 ± 11.9/9.3 kyr (TSD). These dates reflect an Eemian classification for the peat layer formation.
Слайд 72210Pb датирование озерных осадков
The three sediment cores from
the deep-sea areas of the Caspian Sea were dated by
both the 210Pb and 14C methods. The average sedimentation rates of 0.18±0.02 mm/yr and 0.12±0.01 mm/yr obtained for the Derbent Basin by 210Pb and 14C methods correspondingly were in agreement.
The average sedimentation rate in the Southern Basin applying the 210Pb dating yielded 0.88±0.02 mm/yr.
Слайд 73Alpha-spectrometer "Alpha Duo" (ORTEC)
Ultra-low-background
liquid scintillation
spectrometer-radiometer
Quantulus (Perkin Elmer)
Spectroscan MAX-GV
spectrometer
(SPECTRON)
Microscope (LOMO)
Facilities purchased with
the support of mega-grant
Слайд 75Благодарю за внимание!
Санкт-Петербургский государственный университет
Институт наук о Земле
В.Кузнецов
Лаборатория «Геоморфологии и
палеогеографии полярных регионов и Мирового океана»