WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||

«Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды ТРУДЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОКЕАНОГРАФИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ...»

-- [ Страница 5 ] --

Веса, с которыми данные квадратов В (у, у, V, и)) следует исполь­ зовать, восстанавливая данные квадратов А (у, V, и), определяют при помощи автокорреляционных функций с максимальным ша­ гом корреляции в 5 единиц меридиональной дискретности, началом отсчета для которых являются данные квадрата А (у, V, IV).

Автокорреляционные функции К 1рассчитаны отдельно по дан­ ным для каждого из 3-х месячных (сезонных) временных интер­ валов гк (где /г = 1...120) поквадратных рядов.

Веса рассчитаны по формуле р V}, V, у), = К (**, IV, V, у), П (IV, V, у, )/ Ъ К (г„, IV, V, ]\.

Качество интерполяции оценено путем сравнения спектраль­ ных характеристик данных массива «Б», рассчитанных до и пос­ ле интерполяции.

Для каждого квадрата рассчитано соотношение оценок спект­ ральной мощности К на частоте 1 год, построенных для интерпо­ лированных и неинтерполированных данных (рис. 2). Для слу­ чая, приведенного на рис. 2, среднее значение К = 1,3. Это оз­ начает, что эффективность оценки спектра заданного сигнала к Рис. 2. Зависимость сотношения оценок спектральной мощности К годовой гар­ моники после и до интерполяции от обеспеченности С; { данными квадратов.

Пунктир — среднее значение К, рассчитанное по всем квадратам.

повысилась на 30 % в результате применения метода оптималь­ ной интерполяции.

Наибольшие значения К отмечены для рядов с невысокой обес­ печенностью данными. С увеличением обеспеченности рядов эф­ фективность данного метода интерполяции падает. Это вполне очевидно, если отметить, что в соседних квадратах данные могут иметь более низкую обеспеченность, а значит и большую зашум­ ленность сигналов, чем данные квадрата, для которого осуществ­ ляется интерполяция.



Зависимость распределения К от обеспеченности рядов, по­ строенная для данных, обработанных модифицированным мето­ дом пространственно-временной интерполяции, в общих чертах схожа с зависимостью, приведенной на рис. 2, за исключением большего среднего значения К. Эксперименты показали, что наи­ больший эффект достигается при последовательном применении сначала оптимальной пространственной интерполяции, затем — модифицированного метода пространственно-временной интер­ поляции. В этом случае значение К ~ 1,9.

Сравнительная оценка результатов районирования, выполненного по интерполированным данным В этом разделе эффективность интерполяции, проведенной при помощи разработанного метода ММПВИ, исследована по резуль­ татам районирования областей, в которых проявлялось различие масштабов временной изменчивости модельных данных.

При помощи специально разработанного алгоритма рассмат­ риваемая акватория разделена на два района с различной цик­ личностью изменчивости данных.

Районирование проведено для трех массивов данных, полученных разными способами:

данные представляли собой массив поквадратных эквидис­ 1) тантных временных рядов, составленных из значений комбинации трех взвешенных гармонических функций и шума, причем для выбранных квадратов (северо-восточная часть акватории) весовые коэффициенты при одной из гармонических функций — 2-летней гармоники — равны нулю;

0 0

–  –  –

Рис. 3. Результаты районирования мо­ дельного массива «А» эквидистант­ ных рядов (а); интерполированного при помощи ММПВИ массива «Б» (б);

массива «Б» с пропусками в данных, соответствующих массиву натурных наблюдений (в).

1 и 2 — квадраты, где уровень гармоники 2-летней цикличности выше уровня шума, 3 — квадраты, где уровень шума выше уровня гармоники 2-летней цикличности;





4 — квадраты, исключенные из процедуры моделирования из-за низкой обеспеченности.

2 ) массив создан из первого массива путем удаления значений из поквадратных рядов в тех местах, где наблюдались пропуски в массиве натурных наблюдений;

3) массив создан из второго массива путем интерполяции уда­ ленных значений при помощи метода ММПВИ.

Для решения задачи районирования рассчитана спектраль­ ная плотность методом Блэкмана—Тьюки с использованием ав­ токорреляционных функций поквадратных временных рядов. Для каждого поквадратного ряда определен средний уровень спект­ ральной плотности. Если спектральная плотность, соответствую­ щ ая частоте 2 -летней гармоники, превышала этот средний уро­ вень, то квадрат заносили в один класс, если не превышала — то в другой. Данная процедура классификации проделана для всех трех исследуемых модельных массивов (рис. 3).

Сравнительный анализ результатов районирования говорит о высокой степени эффективности метода ММПВИ.

Заключение

Разработанный модифицированный метод пространственновременной интерполяции ММПВИ позволяет восстанавливать пропущенные значения временных рядов с учетом вероятност­ ной структуры временной и пространственной изменчивости ис­ следуемых характеристик. В частности, данный метод с исполь­ зованием пространственных автокорреляционных функций между соседними рядами добавляет информацию о временной изменчи­ вости харктеристики в исследуемом квадрате.

При помощи спектрального разложения интерполяция в дан­ ную точку временного ряда проводится на основе информации об изменчивости данных интерполируемого ряда и ближайших со­ седних по пространству рядов, но с учетом изменений, происхо­ дящих в пространственных автокорреляционных функциях с те­ чением времени.

Разработан алгоритм моделирования массивов данных, обла­ дающих особенностями данных натурных наблюдений океаноло­ гических величин — пространственной и временной неоднород­ ностью данных, полицикличностью и пространственной разномасштабностью характеристик изменчивости океанологических величин на примере особенностей массива данных наблюдений температуры, солености и содержания кислорода в акваториях Норвежского и Гренландского морей.

Эффективность применения метода ММПВИ тестировалась при помощи построенного массива модельных данных. Тестирование показало хорошие результаты: мощность спектральных гармо­ ник заданного в модельных рядах сигнала увеличивалась в ре­ зультате применения данного метода почти в 2 раза на фоне уров­ ня шума. Результаты районирования, проведенного по интерпо­ лированным данным с использованием оценок мощности спект­ ральной плотности, показали значительную эффективность метода ММПВИ при определении границ районов рассматриваемой ак­ ватории, имеющих различную временную цикличность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Б е л я е в В. И., Т и м ч е н к о И. Е. О применении объективного и четырех­ мерного анализа в океанографии / / Морские гидрофизические исследования. — 1972. — № 2 (58). — 90 с.

2. Г а н д и н Л. С. Объективный анализ метеорологических полей. — Л.:

Гидрометеоиздат, 1963. — 520 с.

3. Г а н д и н Л. С., К а г а н Р. Л. Статистические методы интерпретации метеорологических данных. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. — 430 с.

4. Г у л ев С. К., Я ш а я е в И. М. Пространственно-временные масштабы синоптических неоднородностей поля температуры поверхности океана в районе Гольфстрима / / Океанология. — 1990. — Т. 30, № 6. — С. 507—512.

5. Д ж е н к и н с Г., В а т е Д. Спектральный анализ и его приложения. — М.: Мир. Вып 1. — 1971. Вып 2. — 1972.

6. Е ф и м о в В. В., П р у с о в А. В., Ш а к у р о в М. В. Классификация межгодовых аномалий температуры поверхности Мирового океана / / Океаноло­ гия. — 1995. — Т. 35, № 4. — С. 505—513.

7. К а г а н Р. Л. Осреднение метеорологических полей. — Л.: Гидрометеоиз­ дат, 1979. — 490 с.

8. К е й С. М., М а р п л С. Л. Современные методы спектрального анализа / / ТИИЭР. — 1981. — Т. 69, № 11. — С. 5—51.

9. К о с т ю к о в Я. Л., М е з е н ц е в В. П., У л ь я н о в и ч И. Г., Я в о р ­ с к и й И. Н. Структура сезонного хода временных рядов температуры солености и уровня моря на береговых станциях Рижского залива / / Режимообразующие фак­ торы, гидрометеорологические и гидрохимические процессы в морях СССР. — Л., 1988. — 315 с.

10. Л ап п о С. С., Б е л я е в К. П., М у з ыч е н к о А. Г., С е л е м е н о в К. М.

Статистический анализ многолетних рядов температуры воды на поверхности в северных частях Атлантического и Тихого океанов / / Гидрометеорологические закономерности формирования среднеширотных энергоактивных областей Ми­ рового океана. Ч. 2. — М., 1986. — С. 10—22.

11. М и к у л и н с к а я С. М., Ми х а й л о в Н. Н., Р о ж к о в В. А., Ш п а е р И. С.

Методы анализа сезонной изменчивости неэквидистантных временных рядов гидролого-гидрохимических данных / / Режимообразующие факторы, информацион­ ная база и методы ее анализа. — JT., 1989. — С. 109—132.

12. О т н е с Р., Э н о к с о н Л. Прикладной анализ временных рядов. — М.:

Мир, 1982. — 365 с.

13. Р о ж к о в В. А., Я в о р с к и й И. Н. Применение методов теории периодически-коррелированных случайных процессов для вероятностного анализа океанологических временных рядов / / Вероятностный анализ и моделирование океанологических процессов. — Л., 1984.

14. С у х о в е й В. Ф. Многолетняя изменчивость гидрологических элементов в Атлантическом океане / / Морские гидрофизические исследования. — 1972. — № 2 (58).

15. В о w n R. G. Smoothing forecasting and prediction of discrete time series. — N., Prentice Hall, 1963. — 340 p.

Э—Т-МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ВОЗРАСТА

ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

–  –  –

УДК 550.93 + 551.93 + 535.377 Статья обобщает результаты исследования термолюминесценции природно­ го кварца для геохронометрии четверичных отложений. В результате этих ис­ следований выявлены и исключены недостатки, связанные с эмпирическим под­ ходом традиционного метода ТЛ-датирования и осуществлен переход на анали­ тическую основу. Конечным результатом явилась разработка принципиально новой технологии определения возраста, проведена ее широкая проверка и стан­ дартизованы основные технологические процедуры.

Работа поддержана РФФИ, проект № 0 1 —0 5 —64783.

Введение

5 —Г-метод определения абсолютного возраста применим к большинству кварцсодержащих осадочных пород четвертично­ го периода, прошедших перед седиментацией транспортировку по земной поверхности или по воздуху с воздействием прямого и рассеянного солнечного света продолжительностью около месяца.

5 —Г-метод является модификацией широко распространен­ ного метода термолюминесцентного (ТЛ) датирования, основан­ ного на палеодозиметрических свойствах термолюминесценции (ТЛ) некоторых минералов [3, 10]. Большим недостатком тради­ ционного ТЛ-датирования являлся эмпирический подход, при котором природное накопление возрастной информации (палео­ дозы) реконструируется через лабораторное облучение образцов в поле мощных радиоактивных источников. Это исключительно кон­ трастные условия лабораторного облучения по сравнению с при­ родной фоновой радиацией.

Автором теоретически обосновано и экспериментально под­ тверждено наличие плохо контролируемых нелинейных искаже­ ний в искусственной дозной зависимости, что приводит к воз­ никновению больших погрешностей определения палеодозы и в конечном итоге измеряемого возраста.

Концепция автора состоит в переходе от эмпирического к ана­ литическому принципу дешифровки возрастной информации [1, 2, 5]. В основу принципиально нового способа датирования легло использование математического выражения для описания при­ родной дозной зависимости, руководящие параметры которой определяются путем физического эксперимента.

Первоначально разработан в —Э-метод датирования [1] и про­ ведена его широкая апробация с использованием кварца как но­ сителя возрастной информации. Благодаря высокой производи­ тельности был проведен анализ более 2000 образцов из четвер­ тичных отложений Русской равнины и сопредельных территорий [7—10]. Поверка показала высокую согласованность датировок в пространстве и во времени и практическое совпадение результа­ тов с датированием методами 14С, ТЬ—и и палеомагнетизма. Од­ нако выявлены региональные ограничения, за пределами кото­ рых в —в-метод прекращал свою работу. Причины этих ограни­ чений очевидно связаны с источником происхождения кварца.

Дополнительные исследования, нацеленные на снятие выяв­ ленных ограничений, привели к созданию Э—Т-метода [8, 9].

Отличительной чертой в —Т-метода является его исключитель­ ная простота и высокая производительность, а используемый ап­ паратурный комплекс позволяет организацию работ в полевых условиях.

Основы термолюминесценции и ТЛ-датирования

Термолюминесценция — это явление люминесцентного свече­ ния некоторых кристаллических материалов из класса диэлект­ риков, в том числе и ряда природных минералов, при их нагреве от комнатной температуры до значений порядка 450—500 °С, выше которых начинает преобладать свечение красного каления мате­ риала. ТЛ обычно представлена в виде сложной кривой термо­ высвечивания (КТВ) с переменной интенсивностью по мере уве­ личения температуры, которую можно разложить на элементар­ ные пики свечения (рис. 1 ).

Каждый элементарный пик, равно как и вся кривая ТЛ, отра­ жает выделение световой энергии, мерой для которой является площадь, ограниченная этой кривой, иначе называемая светосуммой (5). Эта энергия является избыточной и соответствует воз­ буждению по отношению к нормальному состоянию кристалли­ ческой решетки. Главным источником этого возбуждения явля­ ется поглощенная энергия (доза — Л) внешнего радиоактивного излучения. Чем больше поглощенная доза, тем больше светосумма.

Этот принцип можно использовать в дозиметрии естествен­ ной фоновой радиации или палеодозиметрии, что легло в основу ТЛ-датирования. Если по природной светосумме (в) минерала Рис. 1. Кривая тер­ мовысвечивания при­ родного кварца в есте­ ственных условиях (а) и после гамма-облучения (б).

Т °С Т ‘С определить поглощенную им природную дозу (), то при извест­ ной мощности дозы фоновой радиации (Е) и при условии посто­ янства последней по отношению дозы к мощности можно опреде­ лить время облучения:

* = /.

Эта простая формула отражает основной принцип ТЛ-геохронометрии.

Таким образом, задача датирования состоит в следующем:

1 ) решить вопрос перехода от в к Б,

2) измерить Е,

3) решить вопрос о постоянстве Е на протяжении измеряемо­ го отрезка времени.

При датировании четвертичных отложений возникает дополни­ тельный вопрос: так называемая проблема «нуль-момента». Суще­ ство этой проблемы состоит в том, что любой минерал сразу после его кристаллизации оказывается в поле фоновой радиации. Поэто­ му его светосумма в первую очередь несет информацию о возрасте самого минерала. Чтобы датировать четвертичные отложения, необходимо определить ту начальную светосумму (50), которую минерал уже имеет во время формирования четвертичного осадка.

Аналогичный вопрос имеет место и в археологическом прило­ жении ТЛ-датирования, из которого позаимствована его стандарт­ ная технология.

Определение природной поглощенной дозы Явление ТЛ связано с точечными дефектами кристалличес­ кой структуры типа вакансий в узлах решетки и примесных ато­ мов внедрения и замещения. Нарушение гомогенного электри­ ческого поля на таких дефектах эквивалентно появлению в этих точках положительного заряда. Электроны, оторванные от ва­ лентных оболочек ионизирующим излучением, притягиваются такими дефектами, называемыми иначе «электронными ловуш­ ками», и удерживаются с силой, зависящей от заряда, или от так называемой глубины ловушки.

С глубиной ловушки тесно связано понятие среднего времени жизни захваченного электрона. Благодаря тепловым колебаниям захваченные электроны в зависимости от глубины ловушки име­ ют большую или меньшую вероятность освобождения и возврата на атомную орбиту (рекомбинации) с излучением избытка энер­ гии в виде светового кванта. При лабораторном нагреве кристал­ ла происходит массовая рекомбинация, что и проявляется в виде люминесценции.

Обычно природные ТЛ минералы имеют широкий спектр ло­ вушек — от мелких (время жизни которых при нормальной тем­ пературе исчисляется секундами и минутами) до очень глубоких (среднее время жизни которых сопоставимо с геологическими масштабами). Именно такие глубокие ловушки играют основную роль в геохронометрии.

Накопление электронов в ловушках с ростом поглощенной дозы идет по функции насыщения (рис. 2).

Насыщение может происходить по двум основным причинам:

1) из-за ограниченной емкости резервуара ловушек. Каждая ловушка может захватить только один электрон, и по мере за­ полнения число свободных ловушек уменьшается, что приводит к замедлению роста 5;

2 ) из-за утечки захваченных электронов.

Существует несколько каналов такой утечки: тепловая, тун­ нельная, диффузионная и другие. В традиционном ТЛ-датироваРис. 2 Простейшая форма дозной О О кривой.

О нии главным и единственным каналом принята во внимание теп­ ловая утечка. Расчеты показывают, что на достаточно глубоких ловушках среднее время жизни электронов может достигать де­ сятков и даже сотен миллионов лет. В таком случае тепловая утечка исчезающе мала даже в геологических масштабах време­ ни и главным фактором насыщения становится заполнение ре­ зервуара — чем больше его емкость, тем выше уровень насыще­ ния.

Следует ожидать, что число точечных дефектов индивидуаль­ но для каждого образца. В этом случае простейшим способом определения дозной зависимости светосуммы является индиви­ дуальная калибровка через построение искусственной дозной кри­ вой. Этот прием и лег как базовый в основу традиционной техно­ логии ТЛ-датирования.

Чтобы определить природную поглощенную дозу Б по при­ родной светосумме 5, обычно используют так называемый прин­ цип «добавочных доз». При этом несколько аликвот образца по­ мещают в калиброванное поле искусственного радиоактивного ис­ точника и, увеличивая экспозицию для каждой последующей аликвоты, получают нарастающий ряд, который добавляют к при­ родной дозе.

Последовательное измерение 5 позволяет построить калибро­ вочную дозную кривую, экстраполяция которой до нулевого зна­ чения определяет природную поглощенную дозу Б п (рис. 3).

р В качестве аппроксимирующей функции обычно применяют линейную функцию 5 = а I), где а — коэффициент, характеризующий дозную чувствитель­ ность.

Либо используют формулу экспоненциального насыщения 5= [1 - ехр(-ос I))].

Рис. 3. Определение палеодозы путем построения калибровочной кривой.

Метки — экспериментальные значения в, со­ ответствующие последовательно нарастающей дозе искусственного облучения; сплошная ли­ ния — аппроксимирующая кривая.

Мощность дозы и ее постоянство во времени Мощность дозы Е фоновой радиации определяют путем пря­ мого или косвенного измерения ее современного значения. В пер­ вом случае осуществляют радиометрические измерения самой по­ роды, во втором измеряют содержание основных радиоактивных изотопов, ответственных за фоновую радиацию, после чего опре­ деляют Е расчетным путем. Оба способа имеют свои преимуще­ ства и недостатки, и в разных модификациях нашли применение при определениях возраста.

Более проблематичным вопросом в ТЛ-датировании является постоянство Е на протяжении измеряемого промежутка време­ ни. Однако в применении к четвертичным отложениям эта про­ блема имеет локальное распространение и может проявляться только в геохимических хвостах истощающихся радиоактивных рудных месторождений. В подавляющем большинстве случаев четвертичные отложения представляют собой изотопно-геохими­ чески уравновешенные образования. Период полураспада родо­ начальников естественных радиоактивных рядов 238и, 23511, 232ТЬ, а также изотопа 40К во много раз превосходит измеряемые отрез­ ки времени, поэтому их убыль за счет распада исчезающе мала.

Единственная проблема связана с нарушением радиоактивного равновесия ряда 238и за счет эманации радона, особенно 222Кп с периодом полураспада около 4 сут. В силу своей высокой подвиж­ ности этот инертный газ может уходить из приповерхностных сло­ ев осадочных пород в атмосферу. Вместе с ним порода теряет целую цепочку его дочерних радиоактивных продуктов. Этот процесс способен внести некоторую погрешность, по расчетам, не более 1 0 %, которую можно учесть соответствующей поправкой.

Таким образом, изучение этого вопроса позволяет с уверенно­ стью распространить данные измерения современной мощности дозы на весь исследуемый отрезок времени.

Проблема «нуль-момента»

Накопление 5 в минерале начинается с момента минералообразования. Поэтому в первую очередь эта информация отражает возраст самого минерала. Чтобы определять возраст четвертич­ ных отложений, требуется установить то начальное значение 5, при котором минерал поступает в осадочные породы.

В археологическом приложении, из которого заимствовано ТЛ-датирование, проблема «нуль-момента» решается достаточно просто. При термообработке керамических и других изделий древ­ него человека во время печного обжига полностью высвечивается вся имевшаяся в минералах светосумма. Поэтому новая возраст­ ная информация накапливается с нуля.

Минералы четвертичных отложений не проходят термообра­ ботку. Основным агентом, который высвечивает в них прогенетическую светосумму, является солнечная ультрафиолетовая ра­ диация. Ультрафиолетовые световые кванты обладают достаточ­ ной энергией для освобождения захваченного ловушкой электрона.

Оновные ТЛ-минералы прозрачны, поэтому при транспортировке их по дневной поверхности происходит дезактивация прогенетической светосуммы.

В отличие от высокотемпературной обработки этот процесс идет значительно медленнее. Исследования современных осадков показывают обязательное наличие в них некоторой остаточной светосуммы, что свидетельствует о существенном различии ТЛдатирования четвертичных отложений и археологических нахо­ док.

Экспериментальные исследования различных авторов пока­ зали, что даже при самых продолжительных экспозициях как естественным солнечным светом (2 года и более), так и при по­ мощи искусственного ультрафиолета не удается дезактивировать 5 до нуля. Поэтому вопрос о начальной светосумме 5 0 разрешим главным образом методом актуализма, путем определения 5 у современных аналогов четвертичных отложений и использова­ ние ее в качестве начальной точки отсчета 5 0. Полученное значе­ ние используют для определения природной поглощенной дозы А,Р (см. рис. 3).

Итак, полная процедура определения возраста четвертичных отложений в традиционно сложившейся технологии ТЛ-датирования базируется на прямых или косвенных определениях четы­ рех основных величин:

1 ) природной светосуммы 5 п мономинерального экстракта или р полиминеральной смеси;

2 ) начальной светосуммы в 0 путем ее измерения у современ­ ных генетических аналогов;

3) природной дозы 2), поглощенной материалом за время его пребывания в составе четвертичных отложений путем построе­ ния калибровочной дозной кривой с учетом начальной светосум­ мы 5 0;

4) природной мощности Е дозы фоновой радиации в точке отбора образца прямого измерения или расчета через данные изотопно-геохимического анализа.

Полученные значения I) и Е позволяют рассчитать время за­ хоронения материала в толще четвертичных отложений, что дает возраст последних.

Основные черты авторской концепции

В 1971 г. под руководством автора основана вторая в мире лаборатория ТЛ-датирования четвертичных отложений, в кото­ рой первоначально использована изложенная технология, став­ шая впоследствии традиционной во всех новообразованных лабо­ раториях. Причина необходимости ревизовать основные положе­ ния этой технологии — наличие чрезмерно большого (до 50 %) количества непригодных результатов.

При постановке работ автор использовал базисные принци­ пы любого геохронометра, провозглашенные в свое время У. Либ­ би — основоположником радиоуглеродного метода, который можно считать своеобразным эталоном в четвертичной хрономет­ рии.

Принцип 1. Используемая для геохронометрии величина дол­ жна отчетливо выделяться над уровнем фона для ее надежного измерения.

Принцип 2. Изменение этой величины на протяжении изме­ ряемого отрезка времени должен описывать строгий математи­ ческий закон.

Принцип 3. Явление, на котором основано измерение, долж­ но быть консервативным по отношению изменениям окружаю­ щей среды.

Принцип 4. Должна быть строго определена начальная точка отсчета.

Надежность геохронометра зависит от того, насколько выпол­ няются эти основные принципы.

Автор сконцентрировал свое внимание на исследовании при­ родного кварца, как наиболее распространенного и максимально чистого материала. Отработанная процедура выделения мономинеральной фракции позволяла во многих случаях достигать 96— 98 % -й фазовой чистоты кварцевого экстракта. КТВ хорошо очи­ щенного кварца представлена отчетливо выраженным элементар­ ным пиком свечения с температурой максимума около 300 °С, который незначительно осложнен по фронту и спаду пиками-са­ теллитами (см. рис. 1 б).

Такая форма измеряемого сигнала в достаточной степени удов­ летворяет 1-му принципу. Элементарный пик на 300 °С (хроно­ метрический, или -пик, в авторской терминологии) избран как основной предмет изучения.

Проведенные комплексные исследования позволили сформу­ лировать основные выводы.

1. Форма пика КТВ кварца на 300 °С при облучении в искусст­ венном поле мощных радиоактивных источников (см. рис. 1 а) очень контрастно отличается от его формы при воздействии сверх­ слабого поля фоновой радиации. По этой причине использование КТВ является некорректным методическим приемом при опреде­ лении поглощенной палеодозы. Автором получен также строгий математический закон, которому подчиняется природная дозная зависимость светосуммы. В отличие от использованного в тради­ ционном ТЛ-датировании эмпирического закона экспоненциаль­ ного насыщения, автором принят параметрический закон тан­ генциального насыщения.

2. В традиционной технологии ТЛ-датирования не учтен ра­ диационный фактор утечки захваченных электронов, который для глубоких ловушек, связанных с пиком КТВ кварца на 300 °С, более чем на порядок превышает термическую утечку. С одной стороны, из-за наличия этого мощного фактора значительно со­ кращается возрастной диапазон ТЛ-датирования, но с другой — именно наличие этого фактора приводит к выполнению 2 -го принципа для геохронометра. В противном случае природная дозная кривая была бы сильно искажена из-за температурных колебаний на земной поверхности при чередовании ледниковых циклов.

3. Под действием УФ-радиации светосумма, соответствующая пику КТВ кварца на 300 °С, стремится в пределе не к нулю, а к некоторому равновесному значению, названному автором теоре­ тическим нулем ТЛ-геохронометра. Под воздействием естествен­ ного солнечного света теоретический нуль достигается примерно за 1 месяц, что значительно меньше имевшихся в ТЛ-хронометрии представлений. Этот факт практически снимает проблему «нуль-момента» для большинства генетических типов четвертич­ ных отложений.

Подробно обоснование сделанных выводов приведено в опуб­ ликованных работах [1, 2, 4—9].

Проведенные комплексные исследования позволили не толь­ ко выявить ошибочность процедуры и уточнить отдельные пред­ ставления в ТЛ-датировании, но и обеспечили основу для альтер­ нативного решения в виде 5 —Г-метода датирования. Отличитель­ ной чертой этого метода является выполнение всех четырех принципов геохронометра.

Метод 9— Г-датирования в —Г-метод базируется на определении четвертичной палео­ дозы через измерение одного единственного элементарного пика ТЛ кварца на 300 “ Природная дозная кривая этого пика подчи­ С.

няется строгому закону тангенциального насыщения:

–  –  –

г = (р Я)-1[аП;Ь (5 /5.) + 0,5 1п § = ^ § °]Расчет возраста образца по полученной формуле базируется на определении пяти величин, две из которых — мощность дозы Е и природная светосумма 5 — непосредственно измеряются для каждого образца. Таким образом, чтобы рассчитать возраст, не­ обходимо иметь способ определения трех оставшихся величин:

1 ) светосуммы насыщения

2 ) теоретического нуля 0,

3) коэффициента чувствительности р.

В основе 5 —Г-метода датирования лежит свойство, следую­ щее из теории люминесценции, согласно которому все три неиз­ вестные величины зависят от единственного параметра: количе­ ства электронных ловушек (Ы), отвечающих за появление на КТВ элементарного ТЛ-пика:

= а (АО0’5, 5 0 = Ь (АО0’5, Р = с N.

Введенные величины а, Ъ и с являются постоянными пара­ метрами, отражающими физические свойства конкретной элект­ ронной ловушки в кристаллической структуре при ее взаимодей­ ствии с радиоактивным и ультрафиолетовым излучением.

Все они определены автором путем физического эксперимента и могут да­ лее применяться к любому исследуемому образцу, а индивиду­ альные свойства образца зависят от единственного параметра:

количества электронных ловушек N.

Рис. 4. Смещение температуры максимума с изменением светосуммы.

Определение индивидуального для каждого образца количе­ ства ловушек основано на смещении температуры максимума элементарного ТЛ-пика в зависимости от N (рис. 4). Это свойство присуще только части кристаллофосфоров, но кварц является типичным представителем этой части.

Количество ловушек в зависимости от температуры максиму­ ма свечения и светосуммы определяется по выведенной автором формуле. Автор временно воздерживается от опубликования как самой формулы, так и полученных при ее помощи параметров ловушек а, Ъ и с.

Одной из замечательных особенностей полученной формулы является тот факт, что, измеряя светосумму путем подсчета из­ лучаемых образцом фотонов и абсолютной температуры макси­ мума элементарного пика, можно вычислить абсолютное количе­ ство электронных ловушек, соответствующих этому элементар­ ному пику в исследуемом образце. Иными словами, результат измерения не зависит от количества кварца в высвечиваемой пробе.

Если образец загрязнен посторонними минералами, но удается выделить чистый элементарный пик ТЛ кварца при 300 °С на фоне свечения загрязняющих минералов, главным образом ор­ токлаза, имеющего сильное свечение при температуре около 240— 270 °С, то не требуется определять долю кварца в полиминеральной пробе.

Для выделения элементарного пика на фоне низкотемпера­ турного свечения ортоклаза существует простой и эффективный прием «температурной чистки», заключенный в предваритель­ ном нагреве образца до температуры,ниже 300 °С (начало свече­ ния пика кварца), но вполне достаточной для эффективного высвечивания пика ортоклаза. При повторном нагреве свечение ортоклаза отсутствует и остается только свечение кварца.

Практическая процедура датирования

Вся процедура определения возраста состоит из пяти основ­ ных этапов:

1 ) отбора образца;

2) измерения мощности Е дозы фоновой радиации в точке от­ бора;

3) лабораторной подготовки образца;

4) измерения светосуммы в и температуры максимума элемен­ тарного пика ТЛ кварца при 300 °С;

5) расчета возраста.

Все эти этапы отработаны и стандартизованы автором в плане практической апробации 5 —й-технологии. Возможности в —Тметода позволили значительно упростить некоторые из них.

Отбор образца и измерение мощности дозы

В разработанной автором технологии первые два этапа объе­ динены, поскольку отбор образца совмещен с измерением мощ­ ности дозы в точке отбора поисковым гамма-радиометром типа СРП. Отбор можно осуществлять как из естественных обнаже­ ний, так и из буровых скважин.

В первом случае основное внимание следует уделять двум факторам: влажности и проникающей способности гамма-излучения. Вода поглощает часть радиации, поэтому измерения вбли­ зи склона, где естественная влажность понижена, приведут к за­ вышению результата. Чтобы исключить это искажение, склон необходимо расчистить до слоя породы, имеющего естественную влажность.

Проникающая способность определяет геометрию радиомет­ рических измерений. Мощность дозы в некоторой точке опре­ деляется суммарным гамма-излучением материала из сферы, окружающей эту точку. В обычных породах более 98 % мощно­ сти дозы определяют гамма-излучатели из сферы радиусом около 1 м. Чтобы провести такое измерение, ручным буром необходимо сделать в стенке расчистки горизонтальный шпур глубиной око­ ло 1 м, в который следует поместить щуп радиометра. В обычной практике расчистку естественного обнажения делают в виде сту­ пеней. Готовить участок расчистки и точки отбора необходимо в соответствии с рис. 5.

Некоторые особенности требуют внимания при работе на бу­ ровых скважинах:

1 ) за счет вертикальной деформации керна возможно несов­ падение точки отбора образца с точкой радиометрических изме­ рений. Наиболее надежный способ избежать этого — отбирать образцы и проводить радиометрию на уровне забоя;

2 ) необходимо учитывать экранирующее действие обсадных труб и собственную радиоактивность глинистого бурового раство­ ра. Для этого следует применять поправочные коэффициенты, которые можно получить эмпирическим путем перед началом ра­ бот.

При отборе образца следует соблюдать меры предосторожнос­ ти против воздействия солнечного света, поскольку солнечная ультрафиолетовая радиация приводит к уничтожению природРис. 5. Подготовка разреза и проведение радиометрических измерений.

ной светосуммы образца. Отбор удобнее всего совмещать с буре­ нием шпура, собирая материал из бурового инструмента непо­ средственно в светонепроницаемую упаковку при последних про­ ходках. При отборе образца из бурового керна ненарушенный образец следует сразу помещать в упаковку, а в лабораторных светозащищенных условиях очистить его поверхностность. Тем самым удаляется слой, засвеченный солнечным светом, а также загрязнения, привнесенные из вышележащих горизонтов.

При использовании для радиометрии радиометров типа СРП со стрелочным индикатором разработана достаточно простая тех­ нология. Для регистрации фонового излучения использована са­ мая чувствительная шкала. В силу статистической природы ра­ диоактивного излучения стрелка прибора совершает постоянные хаотические колебания относительно некоторого среднего значе­ ния. Для определения этого значения необходимо визуально за­ фиксировать примерно 30 мгновенных показаний с периодичнос­ тью около 10 с. После этого по стандартным формулам следует рассчитать среднее значение и среднеквадратическую погрешность.

Лабораторная подготовка образцов

В процессе практической апробации 5 —5-датирования авто­ ром разработана стандартная процедура выделения мономинеральной фракции кварца, которую в большинстве случаев можно ре­ комендовать и для применения в 5 —Г-методе. Однако 5 —5-метод использован только для кварцевых зерен размером 0,10—0,25 мм, в то время как для в —Г-метода подобных ограничений не суще­ ствует. Это очень важно для датирования донных осадков, кото­ рые по большей части представлены тонкозернистым материа­ лом.

Датирование тонкозернистых образцов требует отработать некоторые дополнительные приемы. Тем не менее, с учетом того, что требования по чистоте мономинерального экстракта стано­ вятся значительно ниже, автор не видит на этом пути какихлибо проблем.

Технология выделения мономинерального экстракта с разме­ ром зерен 0,10—0,25 мм состоит из следующих процедур:

1 ) отмучивания глинистой фракции с применением ультразву­ кового диспергатора,

2) мокрого ситования с выделением фракции 0,10—0,25 мм,

3) травления концентрированной НС1 до прекращения газовыделения,

4) травления концентрированной НЕ в течение 40 мин,

5) выделения легкой фракции при помощи тяжелых жидко­ стей или на электромагнитном сепараторе.

После окончательной низкотемпературной сушки для четвер­ тичных отложений из провинции скандинавского сноса эта про­ цедура позволяла получить мономинеральный экстракт кварца с фазовой чистотой не менее 98 %. На других территориях доля примесей, главным образом ортоклазов, не превышала 10—15 %, что вполне допустимо для 5 —Г-метода датирования.

Измерение термолюминесценции

Для ТЛ-анализа автором разработан и изготовлен прибор

ГЕО-ТЛ-1. Прибор состоит из двух самостоятельных систем (рис. 6):

1 ) нагрева образца,

2 ) регистрации люминесценции.

Нагревательный элемент представляет собой рифленую полоску фольги из нержавеющей стали с выполненным в центре круглым углублением для размещения образца. Нагрев производится элек­ трическим током, проходящим через фольгу. Температура эле­ мента определяется при помощи припаянной к нему термопары.

Точная калибровка температуры образца проведена по точ­ кам плавления специально подобранного набора химических ве­ ществ. Таким способом достигнута погрешность определения тем­ пературы образца не более 0,5 “С.

–  –  –

Рис.6. Прибор для анализа термолюминесценции ГЕО-ТЛ-1.

Сигнал от термопары поступает на горизонтальную развертку двухкоординатного самопишущего милливольтметра Н-307, на блок управления и на вход ЭВМ (через аналого-цифровой преоб­ разователь).

Нагревом управляют при помощи электронного блока управ­ ления, который обеспечивает линейное увеличение температуры от 20 до 500 °С при скорости 1, 2, 5, 10 и 20 °С/с. Электронное управление поддерживает линейную характеристику с погреш­ ностью не более 0,5 %.

Устройство может также обеспечить изотермическую остановку при любой температуре из рабочего диапазона. Длительность изо­ термического режима устанавливается автоматически в течение 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8 и 16 мин, а также в режиме ручного управле­ ния.

Нагревательный элемент установлен в герметичной камере с откидной верхней крышкой. На крышке смонтирован фотоэлек­ тронный умножитель (ФЭУ), регистрирующий свечение образца.

Свет проходит через отверстие в крышке, защищенное иллюми­ натором из оптического кварца, предохраняющего ФЭУ от тепло­ вого излучения.

Чтобы уменьшить фон красного каления от образца и нагре­ вательного элемента, между ФЭУ и кварцевым иллюминатором установлена стеклянная кювета, заполненная насыщенным ра­ створом СиЭ04. Сигнал от ФЭУ поступает на вертикальную раз­ вертку Н-307 и на вход ЭВМ.

Между корпусом ФЭУ и откидной крышкой помещен свето­ вой затвор, имеющий три положения:

1 ) в рабочем положении регистрируется свечение;

2) в положении контроля на ФЭУ попадает свет от светодио­ да, питаемого стабилизированным напряжением. При его помо­ щи калибруется интенсивность люминесценции;

3) в нейтральном положении ФЭУ полностью защищен от по­ падания света на его чувствительную поверхность.

Образец размещается на рабочей поверхности нагревателя при помощи рассеивателя, имеющего вид металлической трубки, по высоте которой размещено несколько крупноячеистых сит. При насыпании через верхний торец рассеивателя порошкообразная навеска покрывает равномерным слоем рабочую поверхность на­ гревателя. Стандартная навеска в 25 мг размещается при этом в виде монослоя.

В рабочем режиме использован нагрев со скоростью 10 °С/с.

Вся процедура регистрации КТВ, в том числе нанесение образца, занимает не более 2 мин.

Расчет возраста Результаты измерения обрабатываются при помощи ЭВМ по разработанной автором программе. КТВ автоматически вводится в ЭВМ во время цикла нагрева. Необходимая для расчета возрас­ та мощность дозы вводится в ЭВМ вручную через клавиатуру.

Одновременно в ЭВМ можно ввести и сопроводительную инфор­ мацию по измеряемому образцу. Вся информация и результаты измерений хранятся в компьютерной базе данных и может быть выведена на монитор или в виде печатного протокола.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. А. с. на изобретение СССР, МКИ3 G01 № 21/71, Способ определения абсолютного возраста кварцсодержащих геологических и археологических объек­ тов / А. И. Шлюков, С. А. Шаховец; (МГУ им. М.В. Ломоносова). — № 1260041;

заявл. 22 ноября 1984 г.; опубл. 7 апреля 1987 бюл. № 13.

5. А. с. н а изобретение СССР, МКИ3 G01 № 21/71, Способ определения абсолютного возраста геологических и археологических объектов / А. И. Шлю­ ков; (МГУ им. М.В. Ломоносова). — № 1550382; заявл. 3 июня 1988 г.; опубл.

15 марта 1990 г., бюл. № 10.

2. A i t k e n М. J. Ап Introduction to Optical Dating. — Oxford University Press, 1998. — 267 p.

6. M e j d a h l V., S h l u k o v A. I. et al. The effect of shallow traps: a possible source of error in TL dating / / Ancient TL. — 1992. — Vol. 10, N 2. — P. 2 2 —25.

4. S h l u k o v A. I., S h a k h o v e t s S. A. Kinetic studies of quartz thermolu­ minescence as applied to sedimant dating / / Ancient TL. — 1987. — Vol. 5, N 1. — P. 11—15.

7. S h l u k o v A. I. e t a l. A criticism of standard TL dating technology / / Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. — 1993. — 73. — P. 373— 381.

8. S h l u k o v A. I. et al. New Absolute Dating Techniques for Quaternary Sediments and their Application on the Russian Plane / / O n the Determination of Sediment Accumulation Rates, GeoResearch Forum. Vol. 5. Trans Tech Publications (TTP). — Switzerland, 1999. — P. 145—168.

9. S h l u k o v A. I. et al. New absolute dating techniques for Quaternary sediments and their application on the Russian Plane / / Book of Abstracts. 9th International Conf. on Luminescence and Electron Spin Resonance Dating LED 99, Rome 6—10 September 1999. — 46 p.

10. S h l u k o v A. I. et al. New absolute dating techniques for Quaternary sediments and their application on the Russian Plane / / Quaternary Sci. Rev. — 2001. — 20. — P. 875—878.

l. W i n t l e A. G. Luminescence Dating: Laboratory Procedures and Protocols / / Radiation Measurements. —1998. — 27. — P. 769—817.

СОДЕРЖАНИЕ

–  –  –

Исследование периодических и непериодических колебаний уровня моря и ветрового волнения A. С. В а с и л ь е в, В. Б. Л а п ш и н, Ю. В. Л у п а ч е в, П. П. М е д в е д е в, С. В. П о б е д о н о с ц е в. Исследование уровня Каспийского моря по спут­ никовым альтиметрическим изм ерениям

И. Н. Д авидан, Ю. П. Клеванцов, А. В. М акарова, В. А. Р ож ков.

Вероятностный анализ пространственно-временной изменчивости полей волн

Ю. Н. Ж у к о в, Е. В. Ф е д о р о в а. А нализ сущ ествования амфидромических точек в пр о л и вах

Ю. Н. Ж у к о в, Е. В. Ф е д о р о в а. Амфидромические точки как тополо­ гическое свойство пространственного распределения фаз при ли в­ ных колебаний

B. Г. П о л н и к о в, Ф. А. П о г а р с к и й. Численная модель ветровых волн четвертого п о к о л е н и я

Теоретические и экспериментальные исследования гидрометеорологических и физико-химических процессов М ногомерны й статистический A. В. Б ухановский, В. А. Р ож ков.

анализ связных гидрометеорологических п о л е й

B. Б. Л а п ш и н, А. В. С и д о р е н к о. Численное моделирование гравитацион но-капп илярной к о н в е к ц и и в поверхностном м икрослое о к е а н а

В. Б. Л а п ш и н, А. А. Б у д н и к о в, А. В. С и д о р е н к о. Влияние плоского течения Куэтта на капиллярно-гравитационную устойчивость слоя жидкости

В. Б. Л а п ш и н, А. А. П а л е й, М. Ю. Я б л о к о в. Исследование эволюции спектров морских аэрозольных частиц под воздействием коронно­ го р а з р я д а

Методические, метрологические и технологические проблемы комплексного мониторинга морей и океанов А. А. П о с т н о е, А. С. В а с и л ь е в, В. Б. Л а п ш и н, И. В. З е м л я н о е, Д. А. Г е р а с и м о в. Основные требования к созданию технологий обес­ печения потребителей режимной информацией о состоянии морской с р ед ы

С. Г. О р а д о в с к и й. К методологии изучения нефтяного загрязнения российской части Черного м о р я

А. Ф. А л ю к а е в а, В. М. И в а н о в, А. Г. Ц ы ц а р и н. Тест-методы в эко­ логическом мониторинге на примере определения ж елеза в водной среде

А. Е. Р ож дест венский, Д. Б. Р ож дест венский, Ю. Б. Р ож дест вен­ с к и й. Экстраполяция рядов геофизических наблюдений — пробле­ мы и способ

Модифицированный метод простран­ Л. С. Ч е р н ы ш е в, В. Б. Л а п ш и н.

ственно-временной интерполяции для восстановления полей океано­ логических вел и ч и н

А. И. Ш л ю к о в. Б—Т-метод определения абсолютного возраста чет­

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||
Похожие работы:

«H. Ю. Чалисова "КАРАВАН" Имя Муслихиддина Саади прославлено на всем персоязычном Востоке, а последние два столетия благодаря трудам иранистов и многочисленным переводам на европейские языки "Гулистан", "Бустан" и газели Саади вошл...»

«политические деятели или олигархи могут использовать СМИ в своих целях. Все это ведет к распаду независимого информационного пространства, угрожает интересам потребителей информации. Широко применяется политическая реклама, формируется...»

«УДК 93/94 ББК 63.3(2) Д 72 Дизайн переплета Юрия Щербакова Фотография на переплете: Архивный фонд Фото ИТАР-ТАСС Драбкин, Артем Владимирович. Д 72 Я взял Берлин и освободил Европу / Артем Драб кин. — Москва : Яуза-пресс, 2015. — 288 с. — (Победа буд...»

«КАК ПОДГОТОВИТЬ И ПРОВЕСТИ РОДИТЕЛЬСКОЕ СОБРАНИЕ (методическая консультация) Родительское собрание — это основная форма совместной работы родителей, на которой обсуждаются и принимаются решения по наиболее важным вопросам жизнедеятельности классного коллектива и воспитания учащихся в школе и дома....»

«Корпорация Интернета по распределению адресов и номеров Ежегодный отчет отдела соблюдения договорных Ежегодный отчет за 2013 год обязательств за 2013 год http://www.icann.org/en/resources/compliance Содержание1 Ключевые моменты 2013 года I. Регистратор II. Реестр III. Отчет...»

«A. Besant C. W. Leadbeater МЫСЛЕФОРМЫ (по изданию – Adyar, 1978, Thoughtforms, издание 9-е. ISBN 8356-7187-9) Замечание издателя Эта книга была впервые опубликована в 1901 году. С тех пор она выдержала...»

«ОСНОВЫ ЙОГИ Шри Ауробиндо Ауро-Книга © Утренняя Роса Портал Интегрального Саморазвития, 2015. http://www.sriaurobindoyoga.org/ Автор перевода: В.Данченко Дизайн обложки: Кришна Электронная версия опубликована: Ауро-Книга http://www.auro-ebooks.com/ru/ mail@auro-ebooks.com Ауровиль, Индия...»

«ИНСТРУКЦИЯ ПО [Введите текст] ЭКСПЛУАТАЦИИ PROMA CZ s.r.o. МЕЛЧАНЫ 38, 518 01 ДОБРУШКА ЧЕШСКАЯ РЕСПУБЛИКА ФРЕЗЕРНЫЙ СТАНОК SF – 40/1500 [Введите текст] PROMA CZ s.r.o., МЕЛЧАНЫ 38, 518 01 ДОБРУШКА, ЧЕШСКАЯ РЕСПУБЛИКА ДЕКЛАРАЦИЯ...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.