Главная Архивные документы
Исследования
КСЭ Лирика
Вернуться
Титул
СОДЕРЖАНИЕ
К нашим читателям
Подготовка Конференции
А.А.ГАЛУШИН, О.П.ФЕДОРОВА (Томск), СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ, ...
М.В.КОРОВКИН и др., ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ...
А.И.ШЛЮКОВ, С.А.ШАХОВЕЦ, О ПРАВОМОЧНОСТИ ТЛ-ДАТИРОВАНИЯ (Новый подход к ТЛ - датированию)
Б.Ф.БИДЮКОВ, ПУТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ, ....
Б.Ф.БИДЮКОВ, ПРОФЕССИОНАЛИЗМ КАК СРЕДСТВО НЕПОНИМАНИЯ
Н.В.ВАСИЛЬЕВ, ЗАПОВЕДНИК "ТУНГУССКИЙ"
Ю.В.ВОРОНЧИХИН, ТУНГУССКИЙ МЕТЕОРИТ: ЖАЖДА ОТКРЫТИЙ (ИЛИ 20 ЛЕТ СПУСТЯ)
СОСТАВ ПОЛЕВЫХ ГРУПП КСЭ (1962, 1963 г.)
СКВОЗНАЯ ТЕМАТИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ
ТУНГУССКАЯ ПОЭЗИЯ 80-х
ТУНГУССКИЕ ЗАРИСОВКИ
А. Бояркина, ПАМЯТИ ДРУГА
А.Бояркина, З.Афримзон, Е.Афримзон, ПАМЯТИ ДРУГА
АВТОРЫ ВЫПУСКА
Каталог
А.И.ШЛЮКОВ, С.А.ШАХОВЕЦ (Москва), О ПРАВОМОЧНОСТИ ТЛ-ДАТИРОВАНИЯ (Новый подход к ТЛ - датированию)
Карта сайта Версия для печати
Тунгусский феномен » Исследования » Тунгусский Вестник » Тунгусский Вестник КСЭ №7 » А.И.ШЛЮКОВ, С.А.ШАХОВЕЦ, О ПРАВОМОЧНОСТИ ТЛ-ДАТИРОВАНИЯ (Новый подход к ТЛ - датированию)

Публикуемая статья была передана Б. Ф. Бидюкову в середине 80-х годов Ю. В. Кимом в виде стендового доклада, привезенного последним с конференции в г. Тарту (Эстония) с любезного согласия авторов. Истинная ценность полученных в наследство материалов стала понятна Б. Ф. Бидюкову лишь десять лет спустя. Чему и свидетельство настоящая публикация. Специфика стендового доклада и отсутствие непосредственной связи с авторами материала накладывает свой отпечаток на форму публикации. Не считая себя вправе давать какие-либо комментарии в контексте самой статьи, мы предоставляем заинтересованному читателю самому разобраться в сути дела. Тем более, что материал оформлен авторами в максимально наглядном виде.

ПРИНЦИП ТЛ ГЕОХРОНОМЕТРА


ТЛ-МИНЕРАЛ КАК ПАЛЕОДОЗИМЕТР

Обычно рост внутренней энергии (светосуммы S) с увеличением поглощенной дозы описывается некоторой функцией насыщения. Основная задача палеодозиметрии - установить па­раметры этой функции, чтобы по измеренной светосумме S однозначно определить искомую палеодозу D.

ТЛ-МИНЕРАЛ КАК ГЕОХРОНОМЕТР

Основное условие для перехода от палеодозимегрии к геохронометрии: постоянство мощности дозы (Е = соnst). При выполнении этого условия, принимая Епалео = Есовр, выходим на геологическое время t = D/Е.

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

1. Реконструкция дозной зависимости светосуммы {8 = /(В)} для решения обратной задачи: по измеренной светосумме получить палеодозу {D =f-1(S)}.
2. Решение вопроса о постоянстве мощности дозы (Е= (?) =соnst) и правильном измерении поглощенной мощности в современном состоянии породы.

ТЛ - МИНЕРАЛ КАК ЧЕТВЕРТИЧНЫЙ ГЕОХРОНОМЕТР

АГЕНТЫ, ПРИВОДЯЩИЕ ТЛ - ГЕОХРОНОМЕТР К НУЛЮ

1. В археологическом приложении. (М. J. Аitkеn, 60-е гг.)
Печной обжиг минералсодержащих изделий (керамика и т.п.). Жесткая термообработка при обжиге уничтожает всю имевшуюся светосумму.
2. В осадочных образованиях. (Г. В. Морозов, 1966 г.)
- Длительное воздействие температур дневной поверхности. I не подтвердилось
- Механическое разрушение минералов.
- Облучение солнечным ультрафиолетом.
- Мощный агент, уничтожающий в минералах прагенетическую светосумму. (Г. И. Хютт; А.J.Wint1е, 80-е годы). Для полевых шпатов активным агентом, уничтожающим прагенетическую светосумму является обычный дневной свет.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА В ЧЕТВЕРТИЧНОЙ ТЛ-ХРОНОМЕТРИИ
(ПРОБЛЕМА "НУЛЬ-МОМЕНТА).

Какова должна быть солнечная экспозиция для полного приведения к нулю ТЛ геохронометра, и сколь полно это условие выполняется в разногенетических отложениях?

МИНЕРАЛЫ - ОСНОВНЫЕ ГЕОХРОНОМЕТРЫ

1. Кварц - наиболее распространен, наилучше изучен, наиболее прост.
2. Полевые шпаты - менее распространены, хуже изучены, многокомпонентны.
3. Карбонаты (биогенные) - мало изучены, но свободны от проблемы " Нуль-момента" Потенциальные геохронометры - любые минералы, обладающие ТЛ свойством.

НАШИ ИССЛЕДОВАНИЯ

сконцентрированы на ПРИРОДНОМ КВАРЦЕ как наиболее представительном и наипростейшем минера­ле семейства четвертичных ТЛ хронометров. Основное внимание уделено наиболее слабым звеньям техноло­гической цепочки:
- реконструкции дозной зависимости S = f(D) и обратной: D=f-1(S);
- проблеме "нуль - момента".

РЕКОНСТРУКЦИЯ ДОЗНОЙ ЗАВИСИМОСТИ

Общепринятый технологический прием в ТЛ датировании - калибровка исследуемого образца в контролируемом поле искусственных радиоактивных источников.

В природе: ЕпР < 1 рад/год      Различие в 107 : 109раз      Искусственно: Епск = 1 : 100 рад/сек

ВОПРОС: одинаково ли поведение материала в столь контрастных условиях?

Практика обычной радиационной дозиметрии свидетельствует, что столь широкодиапазонные до­зиметры - вещь исключительно редкая, даже при целенаправленном изготовлении. В ТЛ датировании отсутствует достаточное обоснование идентичного поведения ТЛ-минералов в природных и искусственных полях радиоактивности.

ИССЛЕДОВАНИЯ КВАРЦА

Отличие, "видимое невооруженным глазом":

Кривые термовысвечивания кварца

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ - экскурс в теорию люминесценции: М. В. Фок, 1964; Ч. Б. Лущик, 1955; В.В. Антонов-Романовский, 1966.

Кривая термовысвечивания (КТВ) представляет суперпозицию набора элементарных пиков свечения. Каждый элементарный пик соответствует определенной разновидности кристаллической структуры (вакансии, атомы внедрения, замещения...), являющиеся энергетическими ловушками для электронов, освобож­денных с валентных оболочек ионизирующим излучением. Светосумма (площадь) элементарного пика пропор­циональна количеству электронов, захваченных соответствующей разновидностью ловушек.

На природной КТВ кварца доминирует единственный элементарный пик (Ттах= 300 С), незначительно осложненный по фронту и спаду двумя пиками-сателлитами. Таким образом, в природных условиях преимуще­ственно активируется единственная разновидность ловушек.

Искусственная КТВ представлена целым спектром с доминирующим положением двух элементарных пиков (Тmах = 180° С, Тmах =300°С). Таким образом, при искусственном облучении активируется несколько раз­новидностей ловушек, главным образом - двух из них.

ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНАЯ МОДЕЛЬ

ПРИРОДНАЯ АКТИВАЦИЯ

ИСКУССТВЕННАЯ АКТИВАЦИЯ

При отсутствии взаимодействия обе светосуммы должны следовать простому закону насыщения

 

Двухакцепторная модель в зависимости от наличия или отсутствия взаимодействия между акцепторами (ловушками) ведет к качественно разным законам накопления светосуммы {S =f(D)}.

При сильном взаимодействии низкотемпературный акцептор играет роль конкурента, тормозящего рост светосуммы высокотемпературного акцептора. Эффект конкуренции прекращается по мере насыщения низкотемпературного акцептора.

Кварц при искусственном облучении, с ярко выраженными 180° С - ным и 300° С - ным пиками ТЛ можно описать двухакцепторной моделью. Выбор варианта поведения может быть сделан лишь на основе экс­периментальных исследований.

 

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДОЗНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ СВЕТОСУММЫ

180° С - го и 300° С - го пиков термовысвечивания природного кварца (гамма-излучение Со60)

В поведении 300° С - го пика отмечает­ся отчетливый участок сверхлинейности, завершение которого надежно коррелирует с выходом на насыщение 180° С - го пика.

Такое поведение имеет место у всех без исключения исследованных образцов, и хо-рошо воспроизводится в повторных опытах.

При высоких начальных величинах светосуммы 300° С - го пика, его сверхлинейное поведение настолько сильно, что происходит даже значительное ее снижение на начальных этапах облучения.

Это явление, описание которого мы не встретили ни в общей, ни в специальной литературе, названо нами "дозной ямой""

Первоначально эффект "дозной ямы" приводил нас в недоумение и служил причиной для выбраков­ки образцов. Впоследствии ему было найдено простое, не выходящее за рамки классической теории, объяснение, сыгравшее решающую роль в разработке другого вопроса, речь о котором пойдет ниже.

ОСНОВНОЙ ВЫВОД ЭТОГО ЭТАПА:

При искусственной активации кварц проявляет типичные свойства конкурентного механизма, веду­щего к сложному сверхлинейному накоплению светосуммы 300° С - го пика. Главным "конкурентом" явля­ются ловушки, порождающие 180° С - й пик.

В природных же условиях 180° С - и пик отсутствует. Следовательно, должен отсутствовать и сверх­линейный участок. Светосумма 300° С - го пика должна накапливаться по простой функции насыщения со­гласно одноакцепторной модели.

 

ДРУГОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

После каждой дозы гамма-облучения образцы подвергались ультрафиолетовой дезактивации. Ультрафиолетовая экспозиция выбрана так, чтобы достигалось стационарное состояние кривой термовысвечивания. 

 


 

ОБЩИЙ ИТОГ ЭТИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Дозная зависимость светосуммы 300° С-го пика кварца, полученная искусственным облучением мощными ионизирующими источниками, имеет большие отличия от ее природного аналога. В области малых доз она искажена сверхлинейным участком, в области больших - значительно превосходящим нормальную ТЛ аномальным компонентом.

ВЫВОД ЭТОГО ЭТАПА:
На месте 300° С - го пика кривой термовысвечивания кварца при искусственном облучении индуцируется аномальная ТЛ, отсутствующая при природной активации. Светосумма аномальной ТЛ при больших дозах значительно превосходит нормальную ТЛ.
Искусственная калибровка, базирующаяся на идентичности природной и искусственной дозных зависимостей неправомочна.
Главный диагностический признак аномальной ТЛ - ее НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ к ультрафиолетовому излучению.

ЕЩЕ ОДНА ПРОБЛЕМА, ИЛИ ЧТО ТАКОЕ УТЕЧКА?

Утечка определяет наступление динамического равновесия, или насыщение по светосумме. Ее скорость определяет динамический диапазон дозной зависимости, или диапазон действия ТЛ геохронометра.

Повсеместно в ТЛ датировании МОНОПОЛЬНОЕ значение приписано температурной утечке (Т-утечке). Вероятность этого процесса определяется распределением Больцмана р=ро exp(E/kT) с руководя­щими энергетическим (Е) и частотным (ро) параметрами. Эти параметры доступны лабораторным измерениям, и по полученным в разных лабораториях величинам, диапазон кварцевого ТЛ геохронометра оценивается в 2 -=- 3 млн. лет.

В то же время обширные исследования по люминесценции кристаллофосфоров свидетельствуют, что наряду с Т-утечкой сравнимое, а иногда и значительно большее, значение имеет канал утечки, обусловленный самой же возбуждающей радиацией (R-утечка). В ТЛ датировании вероятность R-утечки попросту забыта. Возможные последствия такой забывчивости проиллюстрированы на рисунке.

В КВАРЦЕ R-УТЕЧКА СУЩЕСТВУЕТ

Обоснование этого качественного утверждения следует из обнаруженного нами яв­ления "дозной ямы". Это явление - прямое свиде­тельство процесса R-утечки. Действительно, под­вергая кварц облучению, мы фиксируем снижение светосуммы. Объяснение "дозной ямы" легко укладывается в рамки классической теории. Рас­четы по формуле, описывающей механизм конку­ренции (В. В. Антонов-Романовский,!966), с до­полнительным учетом R-утечки, дают семейство кривых с "дозной ямой". Количественную ин­формацию это наблюдение не дает. Вопрос о количественном соотношении Т-и R-утечки ( R << Т? R ~ Т? R>> Т? ) и его по­следствиях будет раскрыт ниже.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОБЛЕМЕ "НУЛЬ-МОМЕНТА"

Общепризнанная в ТЛ датировании точка зрения: ультрафиолетовая (УФ) радиация являет­ся чисто дезактивирующим агентом для свето­суммы ТЛ, ведущим к экспоненциальному зату­ханию с нулевым конечным уровнем. Но никем, никогда при искусственной дезактивации не до­стигнуто полное стирание светосуммы.

Для объяснения этого факта выдвинута гипотетическая двухкомпонентная модель с быстрым и медленным компонентами (A. J. Wintle, 1983). Принципиальное отличие нашей точки зрения заключается в том, что наряду с дезакти­вирующим УФ радиация обладает и активирую­щим свойством, по полной аналогии с радиоак­тивным воздействием. В отличие от последнего активирующий поток значительно ослаблен, что ведет к небольшой, но отличной от нуля стацио­нарной светосумме 300° С - го пика кварца.

Активирующее действие УФ радиации для 300° С - го пика кварца легко наблюдать с помощью УФ облучения образца после его полной чистки путем термообработки.

ЗАТУХАНИЕ СВЕТОСУММЫ 300°С-го ПИКА КВАРЦА
ПРИ ИСКУССТВЕННОМ УФ ОБЛУЧЕНИИ

Экспериментальные данные полностью согласуются с принятой нами динамической моделью.

Важный вывод:
стационарный уровень Sуф, не зависящий от мощности УФ излучения является индивидуальной характери­стикой образца, пропорциональной плотности электронных ловушек.

ГЛАВНЫЕ ВОПРОСЫ В ПРОБЛЕМЕ "НУЛЬ - МОМЕНТА":

1. Какова продолжительность естественной солнечной экспозиции .материала для полного уничтожения праге­ нетической памяти?

2. Насколько выполняется критерий полного уничтожения памяти в разногенетических четвертичных отло­ жениях разных провинций?

Солнечный стационарный уровень S' на широте. г.Москвы достигается за время около одного меся­ца. До 90% имевшейся светосуммы снимается за время менее 10 дней.

Эти результаты намного благоприятнее имевшихся ранее представлений о потребной экспозиции около одного бесснежного сезона (В. К. Власов, 1978), полученных на ошибочном представлении о простом экспоненциальном затухании. Важный дополнительный вывод:

Стационарные уровни, полученные при естественном солнечном и искусственном УФ - облучении полностью идентичны (SУФ= S°).

В виде величины S° мы ввели понятие "теоретического нуля" кварцевого ТЛ геохронометра, кото­рый легко моделировать в лабораторных условиях. Ответ на второй вопрос на сегодня остается открытым. Существуют лишь обрывочные данные более или менее благоприятные для таких отложений как эоловые, некоторые типы аллювиальных и прибрежно-морских.

Необходима концентрация усилий всех исследователей по сбору представительного статистического материала, позволившего бы по единой методике дифференцировать разногенетические отложения из раз­ных провинций по степени выполнимости критерия сброса прагенетической памяти до теоретического нуля ТЛ хронометра.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Общепринятый прием радиационной калибровки для кварца неправомочен, по крайней мере без учета выявленных искажений в виде сверхлинейности и аномальной ТЛ.

2. Необоснованно забытый компонент радиационной утечки в кварце имеет место. Если его величина срав­ нима или больше температурной утечки, то это может привести к значительному сокращению фактического диапазона датирования, по сравнению с ожидаемым. 3. Солнечный ультрафиолет производит не полное стирание прагенетической памяти, а лишь до остаточного не равного нулю стационарного уровня. Этот уровень, достигаемый в природных условиях за время около месяца, является "теоретическим нулем" ТЛ хронометра. Вопрос о его достижимости в разногенетических отложениях остается открытым.

Предостережение: все особенности, выявленные нами у кварца, могут иметь место и у других минералов.

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТЛ ДАТИРОВАНИЯ
или отказ от радиоактивной калибровки

Один из главных принципов: хороший геохронометр может быть получен только на чистом материале. В нашей практике используется только чистый кварц (> 99%).

Хорошим диагнозом чистоты кварца и критерием предварительной выбраковки является форма кривой тер­мовысвечивания.

На природной кривой термовысвечивания кварца доминирует единственный ("хронометрический" элемен­тарный пик ТЛ с Тмах -300° С. Согласно теории, накопле­ние светосуммы в этом случае следует простой функции насыщения.

Любая дозная кривая однозначно определяется тремя руководящими параметрами: So, Sinfinit и .

So для "идеальных" отложений является "теоретическим нулем" геохронометра (S°), и, по изложенным в предыдущем разделе причинам, может быть определена прямым измерением эквивалентной ей величины SУФ. а - нормированная радиационная чувствительность, ко­торая согласно теории люминесценции для конкретной кристаллической структуры (SiO:) с конкретной разно­видностью точечных дефектов является константой для всех образцов. Sm - уровень насыщения; будучи пропорциональным плотности точечных дефектов (ловушек) отражает индивидуальные особенности образца; является по этой причине предметом калибровки.

ПЕРВЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА
(авт. свид. №1250041, 1986)

Две величины Sinfinit и SУФ пропорциональны плотности ловушек в кристалле, отражая индивидуальное свойство образца. Между собой они также пропорциональны (SM = aSУФ)), причем коэффициент пропорциональности а так же как и нормированная чувствительность ае является универсальной для всех образцов константой. Зная константы а и а по прямым измерениям S и SУФ, а также измерив мощность дозы Е, мы получаем полную информацию о возрасте:

t = 1/Е х ln{(a - 1) SУФ/ (aSУФ-S)}

Определение неизвестных пока констант здесь рассматривается как самостоятельная задача. Главная технологическая трудность в реализация этого подхода заключается в необходимос­ти точного измерения довольно маленькой величины SУФ завуалированной сравнимым по величине фронтом соседнего высокотемпературного пика.

ВТОРОЙ СПОСОБ, ИЛИ ПОДАРОК ПРИРОДЫ

Все образцы кварца из отложений Русской равнины с возрастом от среднего плейстоцена и старше дали в пределах аппаратурной погрешности совершенно идентичные кривые термовысвечивания.

СЛЕДСТВИЯ

ФОРМУЛА РАСЧЕТА ВОЗРАСТА:

ИЗВЕСТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ: по прямому измерению - S и Е; по косвенным измерениям S0=S0=SУФ и Sinfinit = Sстандарта

 

 

Единственную неизвестную величину получаем от обратного:

Е

НАШ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ДОЗЫ

Для измерений используем промышленный поис­ковый радиометр СПР - 68 - 01 (или -02 - скважинный, - 3 - шпуровый). Датчик радиометра заглубляем на 0,7-0,8 м от стенки обнажения, зачищенной до естественной влажности. При визуальном измерении (30-50 мгновен­ных отсчетов показания стрелки радиометра с после­дующим усреднением) воспроизводимость измерений со­ставляет около 5%. Для повышения точности до 1% мы подключили радиометр к портативному самописцу. Оющее время измерения не превышает 10 минут.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕПОЧКА

Полевой этап:

1. Отбор образца, исключающий попадание прямого солнечного света. Количество пробы должно гаранти­ровать наличие не менее 0.5 г зерен кварца размерностью 0.1-0.25 мм. При необходимости на месте произ­водится обогащение мокрым ситованием в затененных условиях. Упаковка в светонепроницаемую тару.

2. Производство радиометрических измерений в точке отбора образца.

Лабораторный этап:


1. Отмывка от глинистой фракции и мокрая ситовка с выделением размерности 0.1 + 0.25 мм.
2. Травление НClконц. до окончания газовыделения и Hfконц. - 4 часа спериодическим перемешиванием. Навески на травление в 3-5 г. 3. Перетирание скелетов пробковым пестиком или их разрушение ультразвуком (22 Кгц, 10 -ь 20 мин) и по­ следующая отмывка на сите 0.1 мм.
4. Выделение легкой фракции в бромоформе.

Для образцов с Русской равнины после такой подготовки остается практически 100%-но чистый кварц.

5. Около 0,15 г кварца облучаем светом ртутной лампы мощностью 120 Вт при расстоянии 250 мм в течение трех часов. Навеска при этом должна быть рассыпана на подложке максимально тонким слоем.
6. Снятие кривых термовысвечивания по 5 раз навесками в 0,25 мг для природного и УФ-обработанного об­разца. Определение светосуммы по высоте максимума у природного и по ординате этой же точки у УФ-обработанного образца;
7. Один раз на пять - шесть образцов аналогичным образом производится измерение насыщенного стандар­та.

Достигнутая производительность при двух сотрудниках - 35 анализов в месяц.

© Томский научный центр СО РАН
Государственный архив Томской области
Институт систем информатики СО РАН
грант РГНФ №05-03-12324в
Главная | Архивные документы | Исследования | КСЭ | Лирика | Ссылки | Новости | Карта сайта | Паспорт