陨石中宇宙成因核素10Be和26Al的化学分离纯化

陨石离开其小行星母体直至降到地球表面期间,受到宇宙射线的照射,产生一系列包括10Be和26Al等的放射性核素.10Be和26Al的含量及其比值记录了宇宙射线辐照历史,而陨石降落到地球表面后,它们的衰变又提供了测定其降落时间,即居地年龄的方法.10Be和拍26Al由加速器质谱测定,样品需分离纯化.为此,开展了陨石样品Be和Al的分离纯化实验.通过模拟样品的条件实验,建立了Be和Al分离纯化的化学流程,其回收率分别达到89%和70%.在此基础上,分离并测定了一个降落型普通球粒陨石(吉林陨石)非磁性部分的10Be和26Al的含量.结果显示,吉林陨石26Al/10Be的比值为5.005,远大于两者的饱和比值(2.72),说明吉林陨石经历了短期的暴露辐射,这一结果与吉林陨石第二阶段的暴露年龄0.4 Ma一致.整个化学流程的10Be/9Be和26Al/27Al空白分别为(4.33±0.46)×10-14和(6.59 ±4.66)×10-15,其中前者接近于该仪器的空白测量值,而后者则接近于仪器的检测限2.3×10-15.     

河流阶地样品中石英纯化和宇宙核素~(10)Be和~(26)Al分离方法研究

经历反复埋藏暴露演化过程的河流阶地样品,难以用常规方法将原生宇宙核素10Be、26Al有效分离。本文在前人实验方法基础上,使用人工挑选、磁选仪分选及酸洗方法,分离样品中碳酸盐、含铁矿物及大气生成的10Be,进一步优化了石英提纯实验流程。结果表明:长度为9 cm、内径为1 cm的阴离子交换树脂装置匹配4 mol/L氢氟酸淋滤液,可将B、Mg、Ca、Cr、Fe、Mn、Ni、Ti和Be、Al有效分离,Be、Al回收率分别可达95.7%、85.7%。阳离子交换树脂能有效分离Be、Al,两元素回收率均达到85%。获得10Be/9Be和26Al/27Al流程空白分别为2.19×10-15和1.63×10-15。优化后的实验方法显著提高了河流阶地样品中原生宇宙核素10Be、26Al的纯化效率,且10Be/9Be和26Al/27Al流程空白数值与国内外实验室具有可比性。采用本方法获得了成都平原冲积物10Be、26Al暴露年龄分别是76.36±9.51 ka和69.44±14.13 ka,为评价龙门山前缘隐伏断裂构造特征和活动性提供了年代学依据。     

西域砾岩宇宙成因核素26Al/10Be埋藏定年探索

西域砾岩是分布于青藏高原北缘天山、昆仑山一带的一套晚新生代砾石堆积地层, 获知其可靠的年代信息对于理解高原隆升及地貌演化过程尤为关键。宇宙成因核素 26Al/10Be埋藏测年是近年来发展起来的同位素测年新技术。本文对帕米尔高原西昆仑山山前的两个西域砾岩剖面采集的砾石样品进行了 26Al/10Be埋藏测年分析。简单快速埋藏模式计算获得亚马勒剖面西域砾岩下部混合砾石样品的埋藏年龄>3.5Ma, 对该剖面西域砾岩上部5个样品加权平均得到的年龄为2.11+0.60/-0.46Ma; 另一处奥依塔克西域砾岩生长地层底部砾石样品的埋藏年龄在0.46~7.12Ma。研究表明, 研究区的西域砾岩堆积具有穿时性。本文是 26Al/10Be埋藏测年方法应用于西域砾岩年代学研究的一次有益探索和尝试, 并对在西域砾岩 26Al/10Be埋藏测年中存在的问题进行了探讨。     

对吉林陨石宇宙成因核素Al^26的初步探讨

近年来，一些科学工作者对陨石中宇宙成因放射性核素A^26进行了较广泛的研究，为进一步深入了解陨石体在宇宙空间的暴露历史和陨石运行轨道等问题，提供了重要的科学依据。     

原地宇宙成因核素暴露测年方法中石英的提取

原地宇宙成因核素10Be和26Al的暴露年龄测定是近年来发展较快的测年技术,已在地学研究中得到广泛应用。该方法需要选用经一系列前处理过程获得的纯净石英作为待测样品,制备成BeO和Al2O3以供加速器质谱仪测量。因此获得高纯度的石英样品,是该测年方法的关键环节之一。本研究在已有报道的石英提纯化学流程的基础上,尝试对流程进行部分优化,通过实验对比不同粒径组分、不同固液比水浴振荡器和滚筒HF-HNO3蚀刻效果,确定使用HF-HNO3(1%或2%,固液比15.0 g/L)滚筒加热法刻蚀样品以去除铝硅酸盐,多钨酸钠重液分离样品中的石英和其他组分。优化的分离纯化流程应用于处理采自祁连山北缘河流阶地含石英的岩石样品,经纯化的石英纯度可达98%以上,Al的含量小于200μg/g,表明采用优化的提取流程获得了高纯度的石英样品,可以满足10Be和26Al暴露测年所需样品要求。     

宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年法在宁夏沙坡头黄河砾石阶地年代研究中的应用

本文利用宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年法对宁夏沙坡头地区黄河左岸的T5、T6、T8和T9阶地开展了年代学研究。采用简单快速埋藏模式获得4级阶地的26Al/10Be埋藏年龄分别约为0.25Ma、0.36Ma、0.59Ma和1.06Ma,如果考虑后期剥蚀作用的影响（E≈5m/Ma）,则4级阶地的年龄分别约为0.42Ma、0.39Ma、1.02Ma和1.59Ma。本研究未发现砾石大小与10Be、26Al核素浓度及26Al/10Be比值有明显相关性。     

贵州荔波黑洞碎屑沉积物宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄

河流下切在岩溶区形成的多级层状洞穴,记录了地体隆升和地貌演化历史,但由于测年手段的限制,国内在这方面的研究一直进展不大。近年来,运用宇宙成因核素得到洞穴碎屑沉积物埋藏年龄的方法,已成为反演山地区域构造-地貌演化的新途径。本文尝试运用宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年技术,对属于贵州荔波地区4层洞穴系统的黑洞(第二层)碎屑沉积物进行年龄测定,假设样品进洞前无埋藏史,测年结果显示黑洞年龄至少有 1.06±0.23Ma,并且该地区三岔河流域的侵蚀速率为 55.1±2.3m/Ma。这是对该地区洞穴测年的一次新探索,体现出洞穴沉积物宇宙成因核素埋藏测年技术在我国晚新生代地质地貌演化研究方面具有良好的应用前景。     

汉中罗汉洞宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄

汉中天坑群是在我国北纬32°N湿润热带-亚热带岩溶地貌区北界首次发现的岩溶地质景观,已查明区内发育岩溶洞穴300余处。洞穴中保留有丰富的古地下河冲积物、次生化学沉积物等,可能为研究岩溶地下河演化及中国南北方乃至全球古环境及气候变化提供宝贵素材。目前鲜有该区域相关年代学研究成果报道。本研究运用加速器质谱仪（AMS）宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄测试技术,获得陕西汉中岩溶洞穴罗汉洞内次生沉积石英砾石的埋藏年龄为,初步限定了该地区岩溶洞穴的发育年代,同时获得石英砾石样品埋藏前的流域侵蚀速率为138.9±76.5 m/Ma。中国早更新世中期是一个以温暖气候为主的时期,湿润的热带、亚热带气候和季风气候对中国南方喀斯特景观的形成起关键作用。早更新世中期较高的温度和降雨量可能是陕西汉中地区岩溶洞穴发育的主要原因。早更新世区域构造剥蚀事件为该地区岩溶洞穴发育提供了必要条件。     

原地生成宇宙成因核素^10Be和^26Al样品采集及处理

着重介绍原地生成宇宙成因核素^10Be和^26Al理想样品的特点、野外采集注意事项、实验室分离与纯化以及加速器质谱测量用靶样制备等。     

Evidence of Glacial Erratic Rollover Revealed by 10Be and 26Al Concentration Variations

Cosmogenic nuclide exposure dating is one of the most intensively applied dating methods with which to study glacial geomorphology.Glacial erratics have been the major dating objective in many studies.Some research has proposed that glacial erratics may undergo rollover and re-transportation during the late exposure stage,which can affect the dating results.However,there is no direct evidence to confirm this possibility.In this study,we collected seven samples from a vertical section inside a glacial erratic in the paleo-Daocheng ice cap in the southeastern Tibetan Plateau,measuring their contents of the cosmogenic nuclides ¹⁰Be and ²⁶Al.The results show that from the top to the bottom,the concentrations of 10Be were(1.21±0.05)×10⁶,(1.00±0.02)×10⁶,(0.88±0.03)×10⁶,(0.77±0.02)×10⁶,(0.75±0.03)×10⁶,(0.95±0.03)×10⁶ and(1.46±0.04)×10⁶ atoms/g.The ¹⁰Be concentrations decreased from(1.21±0.05)×10⁶ atoms/g to(0.75±0.03)×10⁶ atoms/g and then increased to(1.46±0.04)×10⁶ atoms/g,which is not consistent with the theoretical prediction of a gradual decrease.This phenomenon indicates that the glacial erratic may have rolled over at least once.The lower surface of the erratic could have been on top at some time in the past.Therefore,its exposure age was greater than the exposure age that was expected,based on its current orientation.This study provides numerical evidence for an erratic rollover event.     

26Al/10Be埋藏测年及其在洞穴沉积年代学研究中的应用

长期暴露于地表的石英砂被快速搬入洞穴或埋藏,不再接受宇宙射线辐射,埋藏前所积累的陆地宇生核素26 Al 和10 Be 随时间指数衰减。据此用加速器质谱计测定沉积物中石英样品现存的26 Al /10 Be可计算其埋藏年代。用此方法本文对周口店第一地点的下部地层年代作了初探。此次研究表明自第10层以下的沉积物其年代很可能≥ 1 Ma。      

Marine biogeochemistries of Be and Al: A study based on cosmogenic10Be, Be and Al in marine calcite, aragonite, and opal

The geochemical behaviors of Be and Al in ocean waters have been successfully studied in recent years using natural, cosmogenic, radioactive¹⁰Be and²⁶Al as tracers. The present day dissolved concentrations and distribution of the stable and radioactive isotopes of Be and Al in ocean waters have revealed their short residence times and appreciable effects of exchange fluxes at the coastal and ocean-sediment interfaces. It follows that concentrations of these particle-active elements must have varied in the past with temporal changes in climate, biological productivity and aeolian flux of continental detritus to the oceans. We therefore investigated the feasibility of extending the measurements of Be and Al isotope concentrations in marine systems to the 10³–10⁶ y BP time scale. We report here the discovery of significant amounts of intrinsic Be and Al in marine foraminiferal calcite and coral aragonite, and of Al in opal (radiolarians) and aragonite (coral), which makes it possible to determine¹⁰Be/Be and²⁶Al/Al in oceans in the past. We also report measured¹⁰Be/⁹Be in foraminiferal calcite in Pacific Ocean cores, which reveal that the concentrations and ratios of the stable and cosmogenic isotopes of Be and Al have varied significantly in the past 30 ky. The implications of these results are discussed.     

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.     

10Be和26Al在地表形成和演化研究中的应用

地球表面丰富多样的地形、地貌是地球内外动力相互作用的结果。宇宙射线辐射地表岩石、沉积物等产生的¹⁰Be和²⁶Al放射性核素（半衰期分别为1．5Ma和0．71Ma）,它们的浓度主要取决于由地理位置和地形、地貌条件所决定的宇宙射线辐射的通量和时间,从而能够记录地表的形成和演化历史。因此,宇宙成因核素是研究地表形成历史和作用过程的有力工具。     

基于宇宙成因核素~(10)Be的青藏高原东南部地区末次间冰期以来地表岩石剥蚀速率研究

地表剥蚀速率是衡量地貌演变的一个重要因子.本研究利用原地生成宇宙成因核素10Be对青藏高原东南部地区地表岩石剥蚀速率进行了首次测定.结果显示,自末次间冰期以来,青藏高原东南部地区的地表岩石剥蚀速率不超过60 mm/ka,平均剥蚀速率值约为27.1±10.2 mm/ka,这一结果与其他高海拔地区基岩剥蚀速率值一致.高原东南部地区地表岩石剥蚀率同时受构造活动和气候尤其降水量等因素的制约.与高原内部干旱、半干旱地区相比,青藏高原东南部地区的剥蚀速率偏大,但均在同一个数量级范围内.高原东南部地区较高原内部干旱区剥蚀速率大的原因主要是由于降水量的差异所致.     

原地宇宙成因核素(TCN)测年靶标制备

自20世纪80年代以来,得益于高能加速器质谱的发展及其分析精度的提高,TCN测年技术得到了快速发展,并被成功应用于解决诸多领域关键性的年代学问题研究中,对地学的发展也起到了革命性的推动作用。TCN测年由测年靶标制备、AMS测量及数据分析等步骤组成。其中测年靶标制备直接影响AMS的测量结果,进而影响可靠年代学框架的建立与古气候环境的重建。测年靶标制备首先是代表性样品的采集,继而是所用靶标矿物的提纯,再者是所测元素的分离提取,最后是靶标压制。此处以第四纪冰川研究中应用较为广泛的TCN放射性核素¹⁰Be与²⁶Al为例,结合冰川侵蚀与沉积地貌的分布及其特征,从样品采集、石英提纯、¹⁰Be与²⁶Al核素的分离提取及最后的靶标压制等方面展开论述,以期为初涉第四纪冰川研究的学者提供TCN测年靶标制备的理论指导,同时也为地学其他研究领域该测年技术的应用提供参考。