铀系不平衡定年法课件

鈾系不平衡定年法

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

→initial230ThRemainsaclosedsystem

Initial230ThTh

4+→lowsolubility,strongadsorbabilitySourceof230ThAuthigenic(fromU)Detrital

colloidalphasesattachtoorganicmoleculesincarbonatecomplexes232Thand230TharechemicallyequivalentThe230Th/232Thratio→isochrontechnique

AgeEquation簡化(Chengetal.,2000)yλ230=9.1577x10-6λ234=2.8263x10-6y=ax+bxab230Th-238UIsochronDiagram鈾釷定年法之應用洞穴岩(speleothem)將鈾釷不平衡定年法運用到洞穴碳酸鹽沈積物（洞穴岩）中，為探索第四紀環境變化的工作提供了一個重要的技術。洞穴岩的生長（即碳酸鈣的沈積）相似於樹木的年輪或湖泊沈積物，具有明顯的微層構造發育（GilsonandMacartheny,1954），且其生長紋層與氣候相對變暖、變冷及潮溼、乾燥的事件相關。洞穴岩是陸相沉積物，解析度高，可以與深洋岩心和冰心紀錄對比。Application何謂洞穴岩？石灰岩洞穴中，次生碳酸岩沈積鐘乳石（stalactite）石筍（stalagmite）流石（flowstone）Application鐘乳石石筍流石洞穴岩的形成機制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植物族群相對比例的改變Application記錄長時間的環境變化優點分佈廣時間跨度長生長機制對環境敏感且保存信息完整適合鈾系不平衡定年洞穴岩ApplicationDistributionofkarstintheworld.洞穴岩優點分佈廣時間跨度長生長機制對環境敏感且保存信息完整適合鈾系不平衡定年Application數十年至六十萬年cf.14C定年：～五萬年洞穴岩優點分佈廣時間跨度長生長機制對環境敏感且保存信息完整適合鈾系不平衡定年Application洞穴岩缺點洞穴碳酸鹽生長時，因含釷的碎屑物質（如黏土礦物、有機物等）會隨著地下水進入晶格中沈積，造成定年上的偏差。定年標本不經歷再結晶作用，因為在結晶作用會影響鈾的含量（GeyhandHenning,1986）。ApplicationExperimentalMethodsSub-sampling:MillingChemicalseparationofuraniumandthoriumSpectraGelIonExchangeMeasurement:InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry(ICP–MS)IsochrontechniqueApplication實驗流程採樣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台灣洞穴岩及鈾系不平衡定年法的相關研究台灣洞穴岩的研究至今還處於開發的階段，由於台灣的洞穴岩普遍經過再結晶作用，加上構造活動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