宇生核素深度剖面暴露测年的原理与应用

宇生核素暴露测年技术是目前第四纪地貌年代测定最常用的方法之一,由于难以定量化继承性核素以及侵蚀对样品暴露年代的影响（通常假设继承性和侵蚀的影响为0）,其测年结果难以反映地貌的真实暴露年代。通过测定地貌剖面不同深度样品的宇生核素浓度,建立"宇生核素浓度-深度"剖面曲线,可同时定量化研究地貌体的暴露年龄、继承性宇生核素浓度以及侵蚀速率,有效地弥补了宇生核素暴露测年中继承性核素以及侵蚀速率不确定性的缺陷。基于蒙特卡洛方法的宇生核素深度剖面暴露测年模型（简称蒙特卡洛深度剖面模型）是最常用的计算模式之一,然而,国内关于该方法的原理及其应用研究相对较少,大大限制了该方法的广泛使用。本文详细阐述了蒙特卡洛深度剖面模型的原理及其在冰川地貌、河流阶地、冲洪积扇等地貌测年中的应用。此外,介绍了深度剖面模型的复现、非稳态模型、线性反演模型等其他几种计算模式并进一步探讨了蒙特卡洛深度剖面模型暴露测年技术的野外采样方法,以使其能够广泛应用于第四纪地貌学和年代学研究中。     

宇生核素深度剖面暴露测年的原理与应用

宇生核素暴露测年技术是目前第四纪地貌年代测定最常用的方法之一,由于难以定量化继承性核素以及侵蚀对样品暴露年代的影响(通常假设继承性和侵蚀的影响为0),其测年结果难以反映地貌的真实暴露年代。通过测定地貌剖面不同深度样品的宇生核素浓度,建立“宇生核素浓度—深度”剖面曲线,可同时定量化研究地貌体的暴露年龄、继承性宇生核素浓度以及侵蚀速率,有效地弥补了宇生核素暴露测年中继承性核素以及侵蚀速率不确定性的缺陷。基于蒙特卡洛方法的宇生核素深度剖面暴露测年模型(简称蒙特卡洛深度剖面模型)是最常用的计算模式之一,然而,国内关于该方法的原理及其应用研究相对较少,大大限制了该方法的广泛使用。笔者等详细阐述了蒙特卡洛深度剖面模型的原理及其在冰川地貌、河流阶地、冲洪积扇等地貌测年中的应用。此外,介绍了深度剖面模型的复现、非稳态模型、线性反演模型等其他几种计算模式并进一步探讨了蒙特卡洛深度剖面模型暴露测年技术的野外采样方法,以使其能够广泛应用于第四纪地貌学和年代学研究中。     

海螺沟现代冰碛物中的宇生核素10Be浓度分析

尽管许多学者都意识到继承性宇生核素对冰碛物暴露年代测量可能会带来一定的误差,然而影响究竟有多大,还缺乏对现代冰碛物宇生核素浓度的研究.对采自贡嘎山海螺沟冰川现代冰碛物碎屑和冰碛砾石的本地生宇生核素10Be.浓度的分析表明.即使是海洋性冰川(暖底冰川),其冰碛物碎屑和冰碛砾石都残留一定量的本地生宇生核素;即使是具有明显磨蚀痕迹的现代冰碛砾石表面,也残留一定最的本地生宇生核素.因此,进行宇生核素测年时要给予充分的重视.当然,其冰碛物基质和具有明显磨蚀痕迹的现代冰碛砾石表面的本地生宇生核素10Be浓度比较低,一般不大于2×104atoms/g.对暴露年代的影响一般不大于0.61ka.尽管其适用范围还有待于更多的研究结果的进一步证实,但是却为残留影响的研究提供了一个研究的实例和一组可以参考的数据.     

冰碛垄表面碎屑物质宇生核素暴露测年可行性研究

原地生宇宙成因核素(宇生核素)~(10)Be和~(26)Al暴露测年技术已广泛应用于各种地貌年代测定,尤其是在冰川地貌年代测定中备受青睐。多数学者通常选择冰碛垄表面散布的冰川漂砾作为测年对象。然而,冰川漂砾在暴露测年研究中存在暴露后期翻转、不等时暴露等问题,不仅影响冰川地貌测年的精度,而且难以获得较老的冰川地貌年代。冰碛垄表面碎屑物质,一直附着于冰碛垄"表面",可以规避冰川漂砾测年存在的不等时暴露问题,而且可以减少测试样本量、降低测试费用。因此,本文尝试探讨利用冰碛垄表面碎屑物质进行暴露测年研究的可行性,可望为较老冰川地貌暴露测年研究提供新的思路。     

稻城冰帽冰碛物光释光测年研究中遇到的问题及探讨

冰川事件是气候波动最直接的地质证据,利用冰川作用过程中形成的冰碛物的年代数据建立冰川事件的时间顺序,是反演冰川演化历史以及区域古气候和古环境的有效途径。然而,由于冰川沉积环境的复杂性,很大程度限制了冰川年代数据的获取。近年来,随着光释光测年技术的不断完善,其应用范围已经扩展到冰川沉积物的年代测定。本文利用光释光(OSL)测年技术对青藏高原东南部稻城冰帽库照日地区系列冰碛垄进行年代测定,试图建立库照日地区冰川事件的年代序列。然而,光释光(OSL)年代结果与先前发表的ESR和宇生核素10Be暴露年代数据不一致,且个别数据与地貌新老关系不符。通过对比分析显示:冰碛物样品埋藏前释光信号的部分晒退以及样品提取的石英不纯,可能导致冰碛物光释光测年的较大误差和不准确性,应该引起足够的注意。     

Problems and Analyses of Optically Stimulated Luminescence Studies of Glacial Deposits from Daocheng Ice Cap, Sichuan, China

冰川事件是气候波动最直接的地质证据,利用冰川作用过程中形成的冰碛物的年代数据建立冰川事件的时间顺序,是反演冰川演化历史以及区域古气候和古环境的有效途径.然而,由于冰川沉积环境的复杂性,很大程度限制了冰川年代数据的获取.近年来,随着光释光测年技术的不断完善,其应用范围已经扩展到冰川沉积物的年代测定.本文利用光释光(OSL)测年技术对青藏高原东南部稻城冰帽库照日地区系列冰碛垄进行年代测定,试图建立库照日地区冰川事件的年代序列.然而,光释光(OSL)年代结果与先前发表的ESR和宇生核素10Be暴露年代数据不一致,且个别数据与地貌新老关系不符.通过对比分析显示:冰碛物样品埋藏前释光信号的部分晒退以及样品提取的石英不纯,可能导致冰碛物光释光测年的较大误差和不准确性,应该引起足够的注意.     

宇宙成因核素在地质年代学研究中的新进展

根据地表暴露岩石或埋藏物中宇宙成因核素浓度可计算样品的暴露年龄或埋藏年龄,从而估算出研究区域的侵蚀速率和抬升速率等重要地质信息,该方法现已成为晚新生代地质和地貌变化研究的重要手段。概述了近5年来国内外宇宙成因核素在地质年代学研究中的最新进展,主要包括以下几个方面:①10Be研究进展,26Al/10Be双核素测年计算模型的改进和完善,以及21Ne的加入对26Al-10Be测年方法的拓展;②宇宙成因36Cl在碳酸盐岩中的研究和应用进展;③53Mn、41Ca等新核素的研究和应用;④宇宙成因核素测年技术在国内的应用进展。最后,分析了宇宙成因核素测年存在的主要问题及下一步重点研究方向。     

青藏高原地区宇生核素暴露年代数据存在问题探讨

青藏高原是第四纪古冰川研究的理想区域也是宇宙成因核素(terrestrial cosmogenic nuclides,TCN)暴露测年技术应用的天然实验场所。然而,现有的TCN测年数据与先前学者基于其他测年手段的研究结果不一致,显得相对年轻。为了探索其原因,本文尝试对青藏高原1594个TCN测年数据进行统计分析。研究结果表明:1测年样品中97%的样品是漂砾样品,测年数据中约有93%的年代数据小于130 ka;2 280组(n≥3)漂砾样品年代数据中大约76%的漂砾组数据变异系数大于10%,而基岩和羊背石样品组测年数据变异系数较低、相对集中;3冰碛垄表面漂砾样品的不等时暴露与后期侵蚀可能是造成TCN年代数据结果偏年轻的主要原因。本研究可为青藏高原地区冰川地貌TCN暴露年代研究提供重要启示。     

白龙江中游凤安山滑坡26Al暴露年代研究

准确地重建滑坡发生年代和复活期次是滑坡灾害风险评估与管理的关键步骤之一。近年来,随着AMS技术的发展,宇宙成因核素测年逐渐成为滑坡年代测定的有效手段之一。以甘肃省东南部白龙江中游的凤安山滑坡作为研究对象,在该滑坡后壁和其下方的大石块上各采集了1个宇生核素暴露年代样品,在综合考虑了遮蔽因子以及对该区域的侵蚀速率估算的基础上,研究了该滑坡的宇生核素26Al暴露年代。结果显示:该滑坡分别大约在0.72~0.75 ka和2.26~2.65 ka左右发生过,后者发生时间与该区公元前186年的地震型滑坡发生时间一致;对于年代越老的样品,侵蚀速率对宇生核素测年的年代结果影响越大。     

IN SITU COSMOGENIC NUCLIDE BURIAL DATING:RECENT PROGRESSES AND PROSPECTS IN CHRONOLOGICAL STUDIES OF EARLY HOMININ SITES IN CHINA

本文介绍26Al/10Be埋藏测年的基本原理和最新进展,并分析了其数据误差的主要来源:仪器测量引起的计数统计误差和相关物理常数引起的系统误差.该法最重要的假设前提为“简单恒态侵蚀模式”,同一层位多个石英质砾石26Al-10Be等时线和21Ne-26Al-10Be三核素埋藏测年法有可能揭示样品是否符合这一假设前提.取自周口店第1地点第8～9层的3件石英质石制品和1个石英砂样的29Al-10Be等时线过坐标原点,且其斜率给出的年代与单个样品年代的加权平均值在误差范围内吻合,为这些样品没有系统显著偏老倾向的有力证据.宇生核素埋藏测年法理化基础坚实,独立于其他测年技术,应用范围正值我国年代研究的“盲段”,样品为广泛分布的石英矿物,应可为我国早更新世人类遗址年代系列的建立作出重要贡献.     

First cosmogenic 10Be age constraint on the timing of Younger Dryas glaciation and ice cap thickness,western Scottish Highlands

We use cosmogenic ¹⁰Be surface exposure age techniques at a locality close to Rannoch Moor, western Scottish Highlands, in order to establish the age and chronology of its most recent glaciation. Glacial erratics and an in situ bedrock quartz vein sampled from this site—the summit of Beinn Inverveigh—have yielded zero‐erosion exposure ages of 12.9 ± 1.5 ka to 11.6 ± 1.0 ka, implying complete ice cover of the mountain during the Younger Dryas, or Loch Lomond Stadial. These results fit closely with published ¹⁴C dates that bracket the maximum (lateral) extent of ice cap outlet glaciers, and are the first internally consistent ages to specifically address this period of glaciation in Scotland. Furthermore, the dates imply that previous palaeoglaciological reconstructions for this area may have underestimated both the thickness of the former ice cap and, by implication, its volume. © British Geological Survey/Natural Environment Research Council copyright 2007. Reproduced with the permission of BGS/NERC. Published by John Wiley & Sons, Ltd.     

10Be and 26Al exposure‐age dating of bedrock surfaces on the Aran ridge,Wales: evidence for a thick Welsh Ice Cap at the Last Glacial Maximum

This paper presents results of the analysis of paired cosmogenic isotopes (¹⁰Be and ²⁶Al) from eight quartz‐rich samples collected from ice‐moulded bedrock on the Aran ridge, the highest land in the British Isles south of Snowdon. On the Aran ridge, comprising the summits of Aran Fawddwy (905 m a.s.l.) and Aran Benllyn (885 m a.s.l.), ²⁶Al and ¹⁰Be ages indicate complete ice coverage and glacial erosion at the global Last Glacial Maximum (LGM). Six samples from the summit ridge above 750–800 m a.s.l. yielded paired ¹⁰Be and ²⁶Al ages ranging from 17.2 to 34.4 ka, respectively. Four of these samples are very close in age (¹⁰Be ages of 17.5 ± 0.6, 17.5 ± 0.7, 19.7 ± 0.8 and 20.0 ± 0.7 ka) and are interpreted as representing the exposure age of the summit ridge. Two other summit samples are much older (¹⁰Be ages of 27.5 ± 1.0 and 33.9 ± 1.2 ka) and these results may indicate nuclide inheritance. The ²⁶Al/¹⁰Be ratios for all samples are indistinguishable within one‐sigma uncertainty from the production rate ratio line, indicating that there is no evidence for a complex exposure history. These results indicate that the last Welsh Ice Cap was thick enough to completely cover the Aran ridge and achieve glacial erosion at the LGM. However, between c. 20 and 17 ka ridge summits were exposed as nunataks at a time when glacial erosion at lower elevations (below 750–800 m a.s.l.) was achieved by large outlet glaciers in the valleys surrounding the mountains. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

青藏高原东南部他念他翁山全新世早中期冰进事件研究

他念他翁山位于横断山脉西部,是海洋性冰川向亚大陆性冰川的过渡区,维持冰川发育的降水补给主要由西南季风带来,该区第四纪冰川进退对西南季风波动有较为直接的反映。正是这一地理位置的特殊性,使得该区第四纪冰川研究具有重要意义。采用野外地貌调查与宇宙成因核素测年技术相结合的方法,试图查明他念他翁山青古隆槽谷全新世期间冰川地貌学特征,并确定其发生的具体时间,探讨其响应机制。结果显示：他念他翁山全新世早中期冰川波动的时限介于（6.13±0.37）~（8.83±0.50） ka,可能是当时西南季风强盛,降水增加的结果。研究可为探究冰川作用与西南季风气候变化及全球气候变化之间的动力学联系提供新依据。     

Ice caps existed throughout the Lateglacial Interstadial in northern Scotland

We constrain, in detail, fluctuations of two former ice caps in NW Scotland with multibeam seabed surveys, geomorphological mapping and cosmogenic ¹⁰Be isotope analyses. We map a continuous sequence of 40 recessional moraines stretching from ～10 km offshore to the Wester Ross mountains. Surface‐exposure ages from boulders on moraine ridges in Assynt and the Summer Isles region show that substantial, dynamic, ice caps existed in NW Scotland between 13 and 14 ka BP. We interpret this as strong evidence that large active glaciers probably survived throughout the Lateglacial Interstadial, and that during the Older Dryas period (ca. 14 ka BP) ice caps in NW Scotland were thicker and considerably more extensive than in the subsequent Younger Dryas Stadial. By inference, we suggest that Lateglacial ice‐cap oscillations in Scotland reflect the complex interplay between changing temperature and precipitation regimes during this climatically unstable period (ca. 15–11 ka BP). © Natural Environment Research Council (NERC) copyright 2008. Reproduced with the permission of NERC. Published by John Wiley & Sons, Ltd.     

原地生成宇宙成因核素在地学研究中的应用

传统测年方法(14C、热释光、光释光等)无法直接测量地貌面或基岩面的形成年代,利用宇宙生成核素定出的年代可以直接计算地质、地貌体的暴露年代和埋藏时代。随着测量仪器的长足进步,特别是加速器质谱(AMS)检出限(可测至106原子)的大幅度提高,原地生成宇宙成因核素定年技术给地貌学带来了革命性的变化,因此宇宙生成核素被广泛应用于古气候学、构造地质学、火山年代学及古地磁学等。本文阐释了原地生成宇宙核素定年方法的基本原理,并在地学领域应用的现有基础上,从冰川、断层、阶地等研究对象出发,以沉积物埋藏年龄、地表侵蚀速率、断层滑动速率等为研究内容,具体描述该定年技术在冰川地貌、构造地貌、地貌过程及地貌演化研究中的国内外研究现状,以及应用中尚待解决的诸如核素产生速率与空间、时间关系;样品地质、地貌条件对结果造成的不确定性等问题。     

原地生成宇宙成因核素测年技术思考(二):持续抬升区单样品直接计算抬升速率方法

原地生成宇宙成因核素测年技术在计算暴露年龄和侵蚀速率时,一直默认样品所在位置不随时间发生高程变化,从而核素生成速率不因高程变化而改变。在构造稳定区,这样的假设是合理的。在构造活动区,往往会因构造运动,地表样品高程发生改变。大冰盖地区（如南极）的冰川消融或加厚也会引起地壳均衡反弹,从而导致样品高程变化,而核素的生成速率将随高程变化而改变。本文对连续抬升情况下,地表样品中宇宙成因核素浓度与生成速率加速率间的计算关系进行了三种方法的数学推导,并提出如何利用单块样品中两种宇宙成因核素（以10Be和26Al为例）浓度计算地表抬升速率,最后指出已往利用宇宙成因核素方法对构造活动区的侵蚀速率的计算存在高估。本文首次提出利用地表在接近稳态侵蚀状态下的单块样品的两种宇宙成因核素直接计算地表持续抬升速率的方法,从而将原地生成宇宙成因核素方法和构造运动学研究直接联系起来。     

原地生成宇宙成因核素测年技术思考（五）： 单核素计算地表最大抬升速率方法

在以往研究中,原地生成宇宙成因核素测年技术虽然理论上可以利用两种核素（如10Be和26Al）联立方程组同时解出暴露年龄和侵蚀速率,但在实践中却常采用单种核素（常用10Be）分别解出最小暴露年龄和最大侵蚀速率,26Al数据只用于辅助判断。这主要是因为受目前误差水平限制,10Be和26Al的测试数据结果,常常并未能达到联立两个方程解出暴露年龄和侵蚀速率两个参数的精度（当然也有其他因素影响）,这在投影图上常表现为被认为只有一次性暴露历史的样品,投影结果在稳态侵蚀岛之外,只有加上误差,才能进入或靠近稳态侵蚀岛。同理,在推导出包含生成速率加速率的计算等式后,虽然理论上抬升区长期暴露的样品也能够利用两种核素（如10Be和26Al）同时解出侵蚀速率和抬升速率,但实践上10Be和26Al浓度投影结果可能并未在抬升的正常投影区（稳态侵蚀岛上曲线附近）,从而解出的侵蚀速率和抬升速率合理性存疑。对此,参考计算最大侵蚀速率的原理,提出利用长期暴露样品的10Be浓度来解出抬升区地表最大抬升速率的计算方法（,从而可以对碰撞造山抬升区的抬升速率上限进行限定。     

Investigating the last deglaciation of the Scandinavian Ice Sheet in southwest Sweden with 10Be exposure dating

In this study we have obtained 17 cosmogenic exposure ages from three well‐developed moraine systems – Halland Coastal Moraines (HCM), Göteborg Moraine (GM) and Levene Moraine (LM) – which were formed during the last deglaciation in southwest Sweden by the Scandinavian Ice Sheet (SIS). The inferred ages of the inner HCM, GM and LM are 16.7 ± 1.6, 16.1 ± 1.4 and 13.6 ± 1.4 ka, respectively, which is slightly older than previous estimates of the deglaciation based on the minimum limiting radiocarbon ages and pollen stratigraphy. During this short interval from 16.7 ± 1.6 to 13.6 ± 1.4 ka a large part (100–125 km) of the marine‐based sector of the SIS in southwest Sweden was deglaciated, giving an average ice margin retreat between 20 to 50 m a^?1. The inception of the deglaciation pre‐dated the Bølling/Allerød warming, the rapid sea level rise at 14.6 cal. ka BP and the first inflow of warm Atlantic waters into Skagerrak. We suggest that ice retreat in southwest Sweden is mainly a dynamical response governed by the disintegration of the Norwegian Channel Ice Stream and not primarily driven by climatic changes. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Late Pleistocene and Holocene glaciation of the Fish Lake valley,northeastern Alaska Range,Alaska

We reconstructed a chronology of glaciation spanning from the Late Pleistocene through the late Holocene for Fish Lake valley in the north‐eastern Alaska Range using ¹⁰Be surface exposure dating and lichenometry. After it attained its maximum late Wisconsin extent, the Fish Lake valley glacier began to retreat ca. 16.5 ka, and then experienced a readvance or standstill at 11.6 ± 0.3 ka. Evidence of the earliest Holocene glacial activity in the valley is a moraine immediately in front of Little Ice Age (LIA) moraines and is dated to 3.3–3.0 ka. A subsequent advance culminated at ca. AD 610–900 and several LIA moraine crests date to AD 1290, 1640, 1860 and 1910. Our results indicate that ¹⁰Be dating from high‐elevation sites can be used to help constrain late Holocene glacial histories in Alaska, even when other dating techniques are unavailable. Close agreement between ¹⁰Be and lichenometric ages reveal that ¹⁰Be ages on late Holocene moraines may be as accurate as other dating methods. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.