光释光测年技术在深海研究中的应用

古海洋学研究取得迅速的发展，在一定程度上得益于深海古气候记录准确年代标尺的建立。然而，由于某些特殊的水文过程或碳酸盐补偿深度较浅，并非世界各大洋所有海域都有应用古地磁或放射性碳等常用定年技术的条件。本项目将通过对深海沉积物中不同粒级石英和长石光释光性质的系统研究；详细分析两类矿物的光释光信号组分，探索适用于不同矿物的最佳古剂量测量实验条件；采用多种方法测定放射性元素浓度和模拟相结合的方式，准确估算深海沉积物样品的环境剂量（年剂量）；建立一套可靠的年龄测定方法；结合沉积物粒度分析，认识沉积环境和沉积过程可能对光释光信号和所得年龄的影响。将这一方法应用到北冰洋西部、东北亚边缘海以及北太平洋中部和西部等不同海域若干有较大古海洋学意义的钻孔岩芯样品研究中，旨在为解决古海洋学和古气候学中重要的科学问题提供新的工具。

在一些海区（例如极地或离陆地较近的区域），由于沉积物中钙质生物含量很低或者缺失、沉积速率变化很大或者地层不连续，建立沉积序列的年代框架是古海洋研究的瓶颈。尽管光释光作为第四纪研究的主要测年技术得到了长足的发展，其在海洋研究中的应用仍寥寥无几。本项目采集了来自全球不同海域如北冰洋西部、白令海陆架、楚克奇陆架以及白令海海盆和楚克奇边缘等地的表层沉积物和少量岩芯样品，通过对它们不同粒级和不同矿物光释光信号较为系统的研究，揭示了光释光技术在不同海洋沉积体系定年应用中的复杂性，同时提供了研究区与沉积过程相关的有用信息。北冰洋西部表层沉积物细粒石英的等效剂量较高，而岩芯样品的等效剂量不随深度增加，为光释光绝对定年和相对定年都带来了极大困难。相比之下，白令海和楚克奇海陆架区表层沉积物的细粒石英的等效剂测量结果表明样品在搬运过程中受到了较充分的晒退，使在这一地区应用光释光方法测年和估算沉积速率成为可能。尝试用脉冲红外后释光法来测量混合矿物中石英释光信号获得的等效剂量与用石英获得的等效剂量值具有良好的一致性，为解决深海沉积物小量样品光释光测年可能遇到的困难提供了实用的方法。将石英颗粒释光灵敏度作为示踪物源的新方法应用到极地、边缘海及入海河流沉积体系中，扩展了光释光方法在海洋研究中的应用范围。珠江、红河、湄公河及台湾、吕宋岛、马来半岛、苏门答腊岛和婆罗洲的河流表层沉积物石英灵敏度差异显著，并在附近海域的沉积物中得到体现。白令海和楚克奇海表层沉积物的细粒石英总体上具有较高释光灵敏度值，而明显低值的样品很可能来自不同的物源。分布于不同区域的海滩沙粗粒石英释光灵敏度存在明显差异，线性调制释光测量表明除采自美国加州部分样品和加拿大温哥华海滩的样品以外，多数样品均以快组分为主。南海ODP1148岩芯沉积物样品测试结果表明，石英释光灵敏度从渐新世到第四纪随时间有明显变化，推测与南海形成过程中沉积物物源变化有关。总之，本研究的结果表明，石英颗粒释光灵敏度方法可望与其它方法在示踪物源上形成互补，在海洋沉积研究中发挥重要作用。