durpių sluoksnių chronologijos tyrimai - climpeat file14.03.2016 13:50 2 turinys Įvadas 1. c-14...

14.03.2016 13:50 1

Durpių sluoksnių chronologijos

tyrimai

Jonas Mažeika

GTC Branduolinės geofizikos ir radioekologijos laboratorija

14.03.2016 13:50 2

Turinys

Įvadas 1. C-14 datavimo metodas:

Fizikiniai principai, geocheminės ir geofizikinės prielaidos

Cheminiai principai ir technologinės schemos, matuojant 14C benzeno formoje

Kalendorinis amžius – matematiniai-statistiniai aspektai

2. CLIMPEAT rezultatai

14.03.2016 13:50 3

Įvadinis ekskursas

W.F. Libby grupės darbai Čikagos universitete po Antrojo pasaulinio karo

Arnold and Libby, 1949. Age determinations by radiocarbon content: Checks with samples of known age. Science.

Grafikas "Curve of Knowns"

14.03.2016 13:50 4

Įvadinis ekskursas

1960 m. W.F. Libby Nobelio premija chemijos srityje

“ for his method to use Carbon-14 for age determinations in archaeology, geology, geophysics, and other branches of science“

14.03.2016 13:50 5

Fizikiniai metodo principai ir geocheminės bei geofizikinės prielaidos

Aplinkoje paplitę trys gamtiniai C izotopai: 12C - 98.89%, 13C - 1.11%, 14C - 0.0000000001%;

Aukštutinėje atmosferoje 14C susidaro lėtųjų neutronų branduolinėse reakcijose su azotu-14 (14N)

14C būdingas beta skilimas, pusėjimo trukmė 5730±40 metų (Libby primta 5568±30 metų)

pCnN 1414

NC 1414

14.03.2016 13:50 6


14C atmosferoje oksiduojasi į 14CO2, pasisavinamas augalų fotosintezės procese;

Dėl atmosferos ir okeano CO2 mainų pusiausvyros ir karbonatų tirpimo 14C patenka į okeaną (carbon exchange reservoir)

Egzistuoja pusiausvyra tarp 14C koncentracijų gyvuose audiniuose ir atmosferoje (14C ir stabilių atomų santykis beveik tas pats)


14.03.2016 13:50 7

Globalus anglies ciklas (pagal Siegenthaler et al. 1980)

14.03.2016 13:50 8


Pusėjimo trukmė (T1/2) yra fizikinė konstanta, apibūdinanti ryšį tarp praėjusio laiko ir 14C kiekio

Matavimo metu bandinyje registruojamas 14C skilimo į 14N, išspinduliuojant beta daleles, aktų skaičius (bandinio 14C aktyvumas) Sąlyginis C-14 amžius (nekoreguotas) - conventional radiocarbon

age - CRA

CRA=T1/2/ln2*ln(a stand/a sample) =8033*ln(a stand/a sample);

(T1/2/ln2=8033)

14.03.2016 13:50 9


Bandinio 14C aktyvumas gali būti matuojamas trijose formose:

CO2 – GPC

C6H6 – LSC C (grafitas) – AMS

14.03.2016 13:50 10


Geocheminiai ir geofizikiniai efektai, komplikuojantys datavimą:

14C atmosferoje variacijos (geomagnetinio lauko stipris, Saulės aktyvumas)

Rezervuaro efektai (apykaita tarp atmosferos, biosferos ir hidrosferos)

Suess arba industrinis efektas (nuo 1890 m.)

Atominių bombų efektas (nuo 1955 m.)


14.03.2016 13:50 11

C-14 variacijos foraminiferų kiauteliuose Islandijos jūros

nuosėdose (pagal Voelker et al. 2000). Dėl silpno

geomagnetinio skydo C-14 koncentracijos padidėjimas prieš

40-42 tūkst. (Laschamp įvykis) ir 33-35 tūkst. (Mono Lake

įvykis) metų.

C-14 “bombinis pikas” atmosferoje (apibendrinta Hua and

Barbetti 2004, Levin et al. 2008)

14.03.2016 13:50 12

Cheminiai principai nustatant 14C benzeno formoje

Anglis yra labai įvairiose medžiagose (medžiagų maišymasis ir junginių įvairovė);

Atsiranda bandinių cheminio paruošimo problema (valymas ir matavimo forma)

LSC metodui: transformacija bandinio C -

C6H6

14.03.2016 13:50 13


Tiriamas mėginys yra 0,5-5 g benzeno;

Datuojamos medžiagos:

anglys, mediena, durpė, augalų liekanos, grūdai ir sėklos;

kaulai (komplikuota sudėtis – kolagenas, amino rūgštys, bioapatitas), dantys, oda;

ežerinių nuosėdų ir dirvožemio organika;

keramikos organinės priemaišos

moliuskų kriauklės;

ir daugelis kitų.

14.03.2016 13:50 14


Pirminis paruošimas (datuojamo komponento išgryninimas, priemaišų šalinimas) ABA procedūra durpės bandiniams

ABA procedura su celiuliozės išgryninimu medienos bandiniams

14.03.2016 13:50 15


benzeno formos mėginio paruošimas apima kelias stadijas:

ličio karbido (Li2C2) gavimas iš bandinio

organinės anglies (C);

acetileno (C2H2) gavimas iš ličio karbido;

benzeno (С6Н6) sintezė iš acetileno

14.03.2016 13:50 16


Reakcijos:

Organinės medžiagos terminės destrukcijos schematizuota reakcija:

OHCOCOCHCOCH o

n 2222 900240)( .

14.03.2016 13:50 17


Reakcijos:

Ličio karbido gavimo reakcijos:

.

Pirmoji stadija:

10Li + 6CO2 → 3Li2C2 + 2Li2O + 5O2.

СО2 + 4Li → С + 2 Li2О.

Antroji stadija:

2С + 2 Li → Li2С2

14.03.2016 13:50 18


Reakcijos:

Acetileno gavimo reakcijos:

Benzeno sintezės reakcija: .

Li2С2 + 2Н2О → С2Н2 + 2LiОН,

2Li + 2H2O → H2 + 2LiOH

3C2H2 = С6Н6

14.03.2016 13:50 19

Kalendorinis amžius – matematiniai-statistikiniai aspektai

Kalibravimo programos perveda bandinio CRA į kalendorinį amžių, panaudojant duomenis apie C-14 variacijas atmosferoje iki 50 tūkst. metų pagal įvairius eksperimentinius duomenis (medienos rievės, ledynų kolonėlės, nuosėdų foraminiferų ir kt.)

Trys kompiuterinės sistemos: Calib (JAV)

CalPal (Vokietija)

OxCal (DB)

14.03.2016 13:50 20

C-14 tyrimų apimtis CLIMPEAT projekte (82)

Iškastinė mediena: 28 datavimai

Nuosėdos (durpė ir gitija): 54 datavimai

Čepkelių (Katros profilis) iki 14,5 m gylio: 21 datavimas

Rėkyvos (2 ir 3 profiliai) iki 0,7 m: 33 datavimai (iš jų – 12 bombinio laikotarpio)

14.03.2016 13:50 21

Rezultatai

Čepkelių pelkės (Katra)

profilio C-14 datavimo

pradiniai duomenys

Indeksas Gylio intervalas,

cm

C-14 amžius Paklaida

(1sigma)

Vs-2717 40-41 140 40

Vs-2718 54-56 165 30

Vs-2719 72-74 290 60

Vs-2720 82-84 680 35

Vs-2712 138-142 1125 70

Vs-2713 162-166 1300 90

Vs-2635 196-200 1765 170

Vs-2714 250-254 2915 55

Vs-2636 292-296 3975 85

Vs-2715 346-350 3680 75

Vs-2637 388-392 4435 110

Vs-2638 490-494 4755 230

Vs-2639 556-560 5665 225

Vs-2640 592-596 5480 180

Vs-2642 790-794 8065 140

Vs-2643 832-836 8850 215

Vs-2345 994-998 9395 300

Vs-2646 1034-1038 9355 205

Vs-2647 1194-1198 10205 240

Vs-2652 1364-1366 10720 280

Vs-2653 1444-1446 11015 355

14.03.2016 13:50 22

Rezultatai


profilio C-14 datų

kalibravimas BP skalėje

14.03.2016 13:50 23

Rezultatai


nuosėdų gylio - amžiaus

modelis

14.03.2016 13:50 24

Rezultatai

Čepkelių pelkės (Katra) nuosėdų gylio – amžiaus statistinė analizė

14.03.2016 13:50 25

Rezultatai

Čepkelių pelkės (Katra) nuosėdų gylio – amžiaus statistinė analizė Durpė (kaupimosi sparta: 1,3-0,8 mm/a) Ežerinės nuosėdos (0,8-1,1 mm/a)

14.03.2016 13:50 26

Rezultatai Rėkyvos profilių

C-14 datavimo

pradiniai duomenys

Indeksas Gylio intervalas,

cm


(1sigma)

Vs-2678 23-24 115 55

Vs-2679 27-28 130 40

Vs-2703 30-31 265 40

Vs-2681 36-37 325 45

Vs-2682 42-43 420 50

Vs-2705 53-54 695 45

Vs-2684 54-55 635 80

Vs-2687 67-68 745 50

Rėkyvos (3 profilis) nuosėdų C-14 datavimo pradiniai duomenys

Indeksas Gylio

intervalas, cm


(1sigma)

Vs-2610 24.5-26.2 80 40

Vs-2625 26.2-27.8 475 40

Vs-2626 27.8-29.4 670 40

Vs-2622 31.0-32.9 760 40

Vs-2623 32.9-34.7 790 40

Vs-2629 38.2-39.7 850 40

Vs-2630 39.7-41.2 850 45

Vs-2612 42.7-44.2 880 50

Vs-2615 45.7-47.2 890 40

Vs-2616 48.7-50.2 930 40

Vs-2617 50.2-51.4 960 55

Vs-2620 54.4-55.9 1110 60

Vs-2621 55.9-57.4 1090 50

Rėkyvos (2 profilis) nuosėdų C-14 datavimo pradiniai duomenys

Indeksas Gylio

intervalas,

cm

C-14

savitasis

aktyvumas,

pMCs

Paklaida

(1sigma)

Vs-2597 1.5-2.9 103.85 0.59

Vs-2598 2.9-4.8 107.75 0.57

Vs-2599 4.8-6.7 107.36 0.77

Vs-2600 6.7-8.6 108.24 0.72

Vs-2601 8.6-10.5 109.85 0.71

Vs-2602 10.5-12.0 111.57 0.62

Vs-2603 12.0-13.5 112.87 0.67

Vs-2604 13.5-15.0 113.81 0.67

Vs-2605 15.0-16.5 113.65 0.75

Vs-2606 16.5-18.3 119.05 0.66

Vs-2609 23.0-24.5 122.32 0.75

Vs-2610 24.5-26.2 99.01 0.46

Rėkyvos (2 profilis) C-14 duomenys bombų sprogdinimo laikotarpiui

14.03.2016 13:50 27

Rezultatai

Rėkyvos pelkės durpės „gylio – amžiaus“ statistinė analizė

Durpės kaupimosi sparta: 2 profilis 0,4-0,6 mm/a; 3 profilis 0,9 mm/a

14.03.2016 13:50 28

Rezultatai

Rėkyvos (2 profilis) C-14

duomenys bombų sprogdinimo

laikotarpiui

14.03.2016 13:50 29

Rezultatai

Rėkyvos pelkės (Katra)

2 profilio C-14 datų

kalibravimas AD skalėje

14.03.2016 13:50 30

Rezultatai

Rėkyvos pelkės

2 profilio durpės

gylio – amžiaus

statistinė analizė

14.03.2016 13:50 31

Ačiū už dėmesį

durpių sluoksnių chronologijos tyrimai - climpeat file14.03.2016 13:50 2 turinys Įvadas 1. c-14...

Documents