210Pb沉积物定年方法简介

高纯锗

谱仪在沉积物定年中的应用高少鹏中科院青藏高原环境变化与地表过程重点实验室2012.3.20主要内容放射性碳（14C）定年方法1高纯锗

谱仪简介2210Pb，137Cs定年原理3210Pb定年模型简介4放射性碳同位素性质及其比例放射性碳（14C）定年天然来源：太阳系外的高能宇宙射线轰击高层大气高能粒子释放的中子与大气中氮原子发生反应产生放射性碳原子放射性碳以CO2形式在大气中与稳定性碳混合宇宙射线的持续稳定作用，使大气中放射性碳数量保持稳定14C的物质来源比例相对稳定：放射性碳与稳定碳在大气中的比例相对稳定，它们在高层大气中主要以二氧化碳的形式存在。通过植物传输：植物通过光合作用吸收二氧化碳，植物体中放射性碳与稳定碳的比例与大气中的比例保持一致。通过动物传输：动物通过食用植物和其它动物也吸收同样比例碳原子，它们在存活状态时也具有和大气一样的放射性碳与稳定碳比例。停止交换，数量降低：有机体死亡（或埋藏）后，停止与大气发生交换，其中的放射性碳因不断衰变而降低数量。通过测定现存物质的放射性碳的数量，就可以了解被测物质的放射性碳从原始状态衰变到现在状态所需的时间。14C的测年原理人工来源：化石燃料的燃烧：工业革命以后，石油、煤炭的大规模应用增加了大气二氧化碳浓度，降低了大气中放射性碳与稳定碳的比例。由于工业革命以来的放射性碳所占的比例被大大改变，利用放射性碳测年不能对1650～1950间的材料进行定年。核反应：1950s-1960s，大规模原子核爆炸实验在大气中产生了大量的放射性碳，使大气中的放射性碳在较短的时期几乎升高一倍。14C的物质来源主要内容放射性碳（14C）定年方法1高纯锗

谱仪简介2210Pb，137Cs定年原理3210Pb定年模型简介4高纯锗γ谱仪简介1、工作原理：样品中的核素放射出的γ射线被探头所检测，变成信号进入数字化谱仪中，把脉冲信号变为谱图来进行计算得知这种核素的活度2、组成结构：高纯锗谱仪主要由探头、冷阱、谱仪、计算机软件系统等几部分组成。3、能量刻度：能量刻度是建立γ射线能量和脉冲幅度（道数）的对应关系，道数与能量之间的关系是线性的，可以两点校正。4、效率刻度：效率刻度就是建立测量样品核素的能量效率对应关系或效率曲线，需要多点校正。5、日常维护ORTEC高纯锗谱仪主要内容放射性碳（14C）定年方法1高纯锗

谱仪简介2210Pb，137Cs定年原理3210Pb定年模型简介41、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。2、放射性平衡：在递次衰变中，如果母体的半衰期比任何一代子体都长，从纯母体出发，经过足够长(5～10倍于最长子体半衰期)时间以后，母体的原子数与子体的原子数之比不随时间变化，活度相等，称在该母子体之间达到了放射性平衡，又称久期平衡。3、铀系衰变4、过剩铅（210Pbex）：210Pbex=210Pb-226Ra5、质量深度：某一深度Z以上单位面积的沉积物质量，单位为g/cm2;，用它可以校正沉积物的孔隙度变化，提高计年结果的精确性，相比于深度（cm）更加符合实际沉积状况。210Pb定年相关的概念137Cs时标定年1950年以来，核实验导致许多人工放射性核素大量进入大气，在对流层中交换和在同温层中的混合，最后均匀沉降在地表，并在沉积物中富集。利用137Cs来进行年龄标定主要是根据其在核反应产生的比例（235U裂变产生的137Cs占核素的6%）和有效的半衰期（半衰期为30年）。1963核实验的高峰期1952大规模核实验开始1986切尔诺贝利核事件主要内容放射性碳（14C）定年方法1高纯锗

谱仪简介2210Pb，137Cs定年原理3210Pb定年模型简介4210Pb定年模型（1）-----恒定沉积速率模型C(m)=C(0)e-

tt=m/rC(m)=C(0)e-

m/rlnC(m)=-m/r+lnC(0)(1)m=a.lnC(m)+blnC(m)=m/a-b/a(2)From(1)and(2)-/r=1/ar=-.aC：210Pbex活度t：时间

：210Pb衰变常数，=0.03114

y-1m：深度r：沉积速率210Pb定年模型(2)-----恒定补给率模型（CRS）CRS:ConstantRateof210PbSupplyCRS模型基于三个基本假设：（1）大气中210Pbex的沉降速率恒定；（2）落入水中的210Pb迅速转移到颗粒物上，因此沉积物中的210Pbex本质上归

因于大气沉降；（3）沉积物中的210Pbex的初始活度没有被后沉积过程重新分配，遵循放射性

衰减规律呈指数衰减。CRS年龄：其中，A(0)：表层到底部210Pbex活度的积分和；

A：某时间点及之前210Pbex活度的积分和。CRS沉积速率：

其中，C：某时间点的210Pbex活度。

210Pb定年模型（3）-----恒定初始浓度模型CIC:ConstantInitial

210PbConcentrationCIC模型假设沉积物有一个恒定的210Pbex初始浓度，与沉积

速率无关。也就是说210Pbex的对沉积物的补给与沉积

速率呈比例变化。因此，沉积物在深度m时的年龄可用下式计算：C(m)=C(0)e-

t210Pb定年模型的选择1、用恒定沉积速率模型计算平均沉积速率。2、210Pbex受大气干、湿沉降控制的地区适合选用CRS模式，表层210Pbex的活度将随沉积速率变化而发生显著变化，且沉积过程中没有发生大的水文变化。