Holocén: Datovací metody Osnova přednášky - Proč datujeme - Relativní a absolutní datování - Metody relativního datování v holocénu - Metody absolutního datování v holénu - Přírustokové metody - Radiometrické metody - Luminiscenční metody - Odběr vzorků v terénu Literatura + časopisy: např. Quarternary Science Reviews Proč datujeme? Potřebujeme časově zařadit jevy, ke kterým došlo v minulosti: Například změny klimatu, pohyb ledovců či mořské hladiny, vývoj vegetace a lidského osídlení Relativní datování Rovnost stáří stratigr. význ. horizontů - Někdy - i globálně synchronní horizonty – lze korelovat stejný horizont, i značně vzdálený (tj. nepřímá korelace). Biostratigrafie Paleomagnetismus Relativní chronologie radioakt. rozpad nestabilních chem. prvků ale i např. porušení krystalové mřížky působením radiaceRadiometrické metody Přírůstkové (inkrementační) metody měření pravidelných akumulací sedimentu nebo biologického materiálu v průběhu času Absolutní datování Dendrochronologie Letokruhy - jasná linie mezi následnými ročními přírůstky dřeva, lze zjistit stáří stromu. Klima - stres = retardovaný růst → užší letokruhy; dobré podmínky = rychlejší růst → letokruhy silnější. Dendroklimatologie = studium variability klimatu v průběhu krátkého období. Dendrochronologie Měření - studium prstenců v několika radiálních směrech. Žijící stromy cylindrické vzorky (kovové vrtáčky). Laboratoř - sušení, leštění, fixace, příp. nařezání vlhkých vzorků. Počítání a měření - vizuálně (binokulární mikroskop) Dendrochronologická procedura Křížové datování - pro menší geografickou oblast - klimatické oscilace charakter šířky letokruhů. Výrazné letokruhy nebo skupiny letokruhů = základ pro křížení se staršími stromy RTG denzitometrie – rentgenování řezů + prosvětlení negativů → hustota dřeva → indikace klimatické variace (dokonalejší než šířka letokruhů). Dendrochronologie Střední a západní Evropa – absence dlouhověkých stromů, jako je Pinus longaeva, křížové datování - pouze na základě recentních a subfosilních stromů (jejich stáří 100-200 let). Nejužívanější druhy – duby (Quercus robur, Quercus petraea) a borovice (Pinus sylvestris). Dendrologické záznamy – močály, vyzvednuté rašelinné kupy, říční štěrky. Nejdelší chronologie – na základě dubu (Irsko) – 7172 let BP, v Německu – 6255 BC / 8205 BP; 8021 BC / 9971 BP Roční přírůstky ledovcového ledu polární oblasti - ledovcové štíty - vrchní části - dobře patrné roční přírůstky ledu - možnost počítání + chronologie pro celý rozsah vrtu; zjišťování kolísání dalších parametrů, např. kolísání v zastoupení izotopových poměrů (18 O, δD), elektrická vodivost ledu, obsah prachu, mikročástic, prvkové složení. V hloubce - roční přírůstky splývají – obtížná detekce Roční přírůstky ledovcového ledu Využití – datování ledovcových vrtů pozdního glaciálu (14-9 k 14 C let BP). U GRISP-2 – klimatické změny provázeny kolísáním koncentrací prachu (vzrůstající eolická aktivita v průběhu chladných období) + změny tloušťky ročních vrstev ledu kolísání akumulační rychlosti (např. sněhové srážky). Klimatické epizody posledního glaciálu - jasně rozeznatelné: přechod z nejstaršího dryasu do interstadiálu bølling (14680 + 400 ledovcových let BP); konec mladšího dryasu (11640 + 250 let BP); trvání mladšího draysu (stadiál) - 1300 + 70 let. vyvřelé horniny - TRM - termorenanentní magnetizace - tekutá láva získává magnetizaci paralelní se Zemským magnetickým polem během svého tuhnutí usazené horniny - DRM - depoziční remanentní magnetizace - magnetické částice jsou uspořádány ve směru okolního magnetického pole během svého klesání ve vodním sloupci - pozor na bioturbaci, podmořské proudy, skluzy apod. dle některerých vědců - nabytí magnetizace sedimentů po usazení vlivem mobility magnetických části uvnitř dutin vyplněných vodou. Po klesnutí obsahu vody pod kritickou hodnotu - magnetizace „uzamčena“ v sedimentu Střídání hornin s normální a reverzní polaritou ve vulkanických horninách. Střídání hornin s normální a reverzní polaritou na středooceánském hřbetě. DRM - pomalý jev ve srovnání s TRMDRM - pomalý jev ve srovnání s TRM vulkanická erupce → vulkanický prach nebo tefra → tenká pokrývka bažinných povrchů, sedimentů jezerního dna, estuáriových sedimetů, říčních teras… Tenké vrstvy prachu - i v hlubokomořských sedimentech. Vrstvy vulkanického prachu často světle zbarvené horizonty v sedimentárních souvrstvích, detekce ve vrtech -granulometrie, petrografické a mieralogické vlastnosti a geochemické znaky. Je možno zjistit i zdrojovou oblast Tefrochronologie Stáří: K-Ar, 40 Ar-39 Ar, FT, TL, ESR Základní principy – radioaktivní nestabilní izotopy - spontánní změny v atomovém uspořádání za účelem dosažení stabilnější atomové formy Radiometrické datovací metody – přeměna izotopů z méně stabilní formu na více stabilní formu se řídí tzv. poločasem přeměny: doba, za kterou se přemění polovina celkového počtu atomárních jader ve vzorku Radiometrické metody Prvek Izotop Poločas rozpadu Beryllium 8 Be 6,7×10−17  s[1] Polonium 212 Po 0,3 µs[1] Thorium 223 Th 0,9 sekundy[1] Francium 223 Fr 22 minut[1] Síra 35 S 87,5 dní[1] Kobalt 60 Co 5,27 let[2] Tritium 3 H 12,36 let[1] Cesium 137 Cs 30,17 let[2] Radium 226 Ra 1 622[1] / 1 602[2]  let Uhlík 14 C 5 730 let[1][2] Plutonium 239 Pu 24 110[1] / 24 400[2]  let Uran 235 U 710 milionů let[2] Draslík 40 K 1,26 miliardy let[2] Uran 238 U 4,468[1] / 4,51[2]  miliard let Thorium 232 Th 14,05[1] / 13,9[2] miliard let Bismut 209 Bi cca 1,9×1019  let[1] Radiokarbonové datování Radiokarbonové datování (7 neutronů + 7 protonů) 14 N + neutron → (8 neutronů + 6 protonů) 14 C + proton (8 neutronů + 6 protonů) 14 C → 7 neutronů + 7 protonů) 14 N + βLimit konvenčních metod – 45 ka BP Původní předpoklady • produkce 14 C je v průběhu času konstantní • 14 C/12 C v biosféře a hydrosféře je v rovnováze s atmosférickým poměrem • rychlost rozpadu 14 C je stálá • od smrti organismu se systém považuje za uzavřený absorpce CO2 pro stavbu tkání rovnováha s atmosférickým CO2, 14 C v izotopické rovnováze se soudobou atmosférou rozpad 14 C v organických tkáních, bez přísunu dalšího z atmosféry - stanovení reziduální aktivity 14 C Aktivita 14 C v atmosféře – cca 15 dpm.g-1 , tato aktivita poloviční každých cca 5700 let, dnes se předpokládá asi 5570 + 30 let Kolísání 14C v atmoséře Měření aktivity 14 C Kapalinová scintilační spektrometrie - scintilační detektory ionizujícího záření jsou založeny na vlastnosti některých látek reagovat světelnými záblesky (scintilacemi) na pohlcení kvant ionizujícího záření; tyto světelné záblesky se pak elektronicky registrují pomocí fotonásobičů. Látky vykazující tuto vlastnost se nazývají scintilátory Postup: 1 - spálení vzorků na CO2 2 - reakce s tekutým kovovým Li → karbid Li 3 - smíchání s vodou → acetylen → polymerizace na benzen 4 - dodán scincilátor (obvykle fosforová substance), ten vysílá pulsy fotonů → radioakt. rozpad 5 - počítání fotoelektric. přístroji AMS-datování Zdroje chyb v 14 C datování Izotopová frakcionace 14 C 98,9 % 12 C, 1,1 % 13 C a zbytkový 14 C The differential uptake of the three carbon isotopes leads to 13C/12C and 14C/12C ratios in plants that differ from the ratios in the atmosphere Zdroje chyb v 14 C datování problém - zdánlivé stáří současných mořských měkkýšů nemusí vždy představovat přiměřený korekční faktor. Data ze Severního Atlantiku např. dokládají, že během mladodryasové chladné epizody činil rozdíl mezi atmosférickým a povrchovým mořským zastoupením 14 C 700-800 let (dnes 400-500 let). Důsledek redukovaného proudění povrchových vod do Severního Atlantiku a silnější mořské ledové pokrývky v té době Kontaminace kořeny v profilu, infiltrace mladších huminových kyselin do starších rašelinných nebo půdních horizontů, bioturbace mladší uhlík starší uhlík vplavení starších reziduí (grafit, vápenec, uhlí…), antropologicky podmíněná eroze okolo jezerních povodí; recentně deglaciované terény (inertní uhlík vyloučen z vyvř. a metam. hornin glaciální erozí + koncentrace v jezerních sedimentech) vplaveni staršího organ. karbon. detritu – redep. nebo alochtonní C → chyby datování. 6226-6079 BC 6374-6223 BC 7518-7352 BC 10091-9819 BC WASH DEPOSITS, QUARTZ, TRAVERTINE CALCAREOUS PEAT TRANSITION CALCAREOUS GYTJA CALCAREOUS GYTJA CALCAREOUS CLAY ORG. LAYER, CHARCOALS CALCAREOUS SANDY CLAY A HORIZONT CLAY SEDIMENT 4682-4499 BC organický zbytek Datování keramiky Kvartérní materiál TL - datování pálení objektů (keramika, nástroje…) nebo doba pohřbení sedimentů, které obsahují velké množství křemene a živce (např. spraší). Termoluminiscenční (TL) datování, Opticky stimulovaní luminiscence (OSL) • minerály s U, Th nebo K (sedimenty + vulkan. horniny) → stálé bombardování α, β a γ-částic → ionizace v hornině + uchycení elektronů uvnitř minerálů. • osvobození elektronů – zahřátím → emise světla, proporční k počtu elektronů = TL – osvětlením → emise světla, proporční k počtu elektronů = OSL Žíhání nebo sluneční záření (dlouhodobě) resetování TL hodin až na 0 Problémy 1 - kalibrace laboratorního ozařování; 2 – nerovnováha v rozpadovém U-řetězci; 3 – migrace radioaktivních prvků přes povrch usazenin; 4 – problémy spojené s neúplným vynulováním TL-signálu. Spodní limit dosahu luminiscenčního datování - citlivost vzorku a účinnost nulovacího mechanismu; svrchní limit - saturace (bod, ve kterém jsou všechny elektronové pasti zcela zaplněny). Horní limit pro křemen - cca 100 ka BP (150 ka BP). Živce > 500 ka BP (avšak teplotně nestabilní). Speleotémy – až 100 ka BP, pálené kamenné nástroje až cca 200 ka BP, ale i keramika - asi 100 let. Ostatní radiometrické metody Berylium-10 a hliník-26. 26 Al a 10 Be → reakce na kosmické záření Využití 26 Al a 10 Be - ve vzorcích křemene zjištění erozních rychlostí a historie vystavení povrchových materiálů; 10 Beprofily z ledovcových vrtů - podpůrná data pro variabilitu 14 C v atmosféře (možné spojení se slunečními a geomagnetickými změnami); 10 Be peaky (např. 35 ka BP a 60 ka BP) v antarktických ledovcových vrtech - základ pro korelaci severních a jižních ledovcových vrtů. Grónsko (NGRIP) – fluktuace kosmogenního radionuklidu 10 Be – korelace vrtů z grónského a antarktického ledovce. Radioizotopy s mnohem kratší životností datování svrchní části kvartéru: 210 Pb (22,26 let), 137 Cs (30 let) a 32 Si (asi 300 let). Izotopy s krátkou životností Cesium-137. 137 Cs – uměle vytvořený radioaktivní nuklid → důsledek testování termonukleárních zbraní. 137 Cs – datování jezerních usazenin a rašelin.