第四紀(jì)年代課件

地貌學(xué)及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)第十一章測(cè)定地質(zhì)年代的具體方法很多，可以分為兩類，一是相對(duì)地質(zhì)年代；二是絕對(duì)地質(zhì)年代，又稱同位素地質(zhì)年代。相對(duì)地質(zhì)年代是通過除了用同位素方法以外的各種手段，人為地按照一定標(biāo)準(zhǔn)尺度建立起來的不同地層的先后序列。它只能說明年代的新老序列而不能確切地指出這些地層形成或地質(zhì)事件發(fā)生的具體時(shí)間。在地質(zhì)年代表上則以代、紀(jì)、世表示。決定相對(duì)年代的方法很多，主要有下列三種疊覆律(Lawofsuperposition)斯臺(tái)諾(NicolausSteno)1669年在任何沉積地層（包括噴出巖）的層序中，當(dāng)其沒有被后期的運(yùn)動(dòng)所逆掩或倒轉(zhuǎn)時(shí)，最年輕的地層應(yīng)位于層序的頂部，而最老的地層位于層序的基底。較老的地層之上連續(xù)覆蓋著逐漸年輕的地層。生物群組合律(Lawoffaunalassemblages)相同的有機(jī)物（動(dòng)物群或植物群）化石組合表示保存它們的巖石的地質(zhì)時(shí)代相同。同位素地質(zhì)年代是通過不同的物理和化學(xué)方除將地層中某一種天然放射性同位素提取出來并根據(jù)其放射性隨時(shí)間作指數(shù)的衰變規(guī)律，或由于其衰變時(shí)所放出的射線對(duì)周圍物質(zhì)作用所產(chǎn)生的效應(yīng)來測(cè)量地質(zhì)年齡的方法。它是以平均太陽日——年為單位所表示的某一地質(zhì)事件的具體時(shí)間。它有具體的和定量的時(shí)標(biāo)概念。所測(cè)年齡數(shù)值即表示巖礦或地質(zhì)歷史事件發(fā)生，延續(xù)及消亡等各個(gè)時(shí)期的年齡數(shù)值。測(cè)量方法1．根據(jù)放射性同位素衰變規(guī)律來測(cè)定年齡的方法通過測(cè)量樣品中某種同位素含量與其衰變后的最終產(chǎn)物(穩(wěn)定同位素)含量比來測(cè)定年齡的方法。如鈾-鉛法、鉀—?dú)宸?、?鍶法等。所測(cè)量的年齡比較老。通過測(cè)量某種同位素在衰變系列的某一中間過程與母體同位素的含量比來計(jì)算年齡的方法。如14C測(cè)年法等。它適用于測(cè)定較年輕的樣品。2．根據(jù)射線對(duì)周圍物質(zhì)的輻照作用所產(chǎn)生的次級(jí)效應(yīng)來測(cè)定年齡的方法，如裂變徑跡法、熱釋光法等。第四紀(jì)年代學(xué)的主要任務(wù)建立地層年表建立各種地質(zhì)事件的時(shí)間序列建立、改進(jìn)和完善各種年齡測(cè)定技術(shù)相對(duì)年齡測(cè)定法與絕對(duì)年齡測(cè)定法的比較相對(duì)年齡測(cè)定法易確定相對(duì)新老關(guān)系定年不精確非同一剖面的沉積物難以確定相對(duì)新老關(guān)系只能進(jìn)行小范圍地層對(duì)比絕對(duì)年齡測(cè)定法年齡差別越小越困難定年相對(duì)精確非同一剖面的沉積物（同期異相沉積物）定年不受限制可以進(jìn)行全球性地層對(duì)比一、放射性碳（14C）測(cè)年法14C測(cè)年法是由美國(guó)放射性化學(xué)家W.F.Libby（利比）1949年首創(chuàng)的。由于他在14C測(cè)年方面的杰出貢獻(xiàn)，獲得了1960年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

14C方法是第四紀(jì)年齡測(cè)定的主要方法之一，測(cè)年精度很高。新生的14C遇氧即被氧化成二氧化碳(14CO2)，這種含有14C的CO2與原有的CO2相混合，使大氣中的CO2含有14C的放射性。大氣二氧化碳通過自然界碳的循環(huán)而擴(kuò)散到整個(gè)生物圈、水圈的一切與大氣CO2發(fā)生交換關(guān)系的含碳物質(zhì)中，使這些含碳物質(zhì)都具有14C的放射性。這些物質(zhì)中14C的含量一方面從大氣中不斷地獲得新補(bǔ)充，另一方面因14C是放射性元素而按照放射性衰變規(guī)律又不斷地在減少。

補(bǔ)充和衰減的結(jié)果使14C含量在所有含碳物質(zhì)中保持動(dòng)態(tài)平衡，即放射性同位素14C在碳元素中所占比例幾乎保持恒定值。如果某種含碳物質(zhì)，一旦停止了與大氣的交換關(guān)系(像生物死亡、碳酸鹽的沉淀埋藏等)，則該物質(zhì)中的14C不能從大氣中獲得新補(bǔ)充，而原來含有的14C卻仍按照衰變規(guī)律而不斷減少，每經(jīng)過一個(gè)半衰期，則減少為原有量的一半。根據(jù)放射性衰變定律，含碳樣品的放射性比度也按指數(shù)規(guī)律減少(I=Ioe-λT)。因此只要測(cè)量出樣品14C比度，就可按公式計(jì)算出該樣品與大氣停止交換的年代。即樣品的地質(zhì)年代。（動(dòng)植物死亡、沉積物沉積的年代）。14C的測(cè)年范圍5—7萬年,只能應(yīng)用于晚更新世以來的地質(zhì)事件的測(cè)年。（二）14C測(cè)年的假設(shè)條件幾萬年來大氣的14C放射性是穩(wěn)定不變的，被測(cè)樣品曾經(jīng)與大氣進(jìn)行過充分的碳交換，并巳達(dá)動(dòng)態(tài)平衡。樣品碳于某時(shí)停止了與大氣的交換后，從此就處于封閉環(huán)境中，并且原有的碳原子能很好地被保存下來。需要有一個(gè)被精確測(cè)定14C的半衰期值。14C的半衰期為5730±40年（三）樣品采集要取得準(zhǔn)確可靠的14C年齡數(shù)據(jù)，除了對(duì)14C實(shí)驗(yàn)室在樣品制備和測(cè)量全過程嚴(yán)格要求外，采樣也是一個(gè)關(guān)鍵性的重要問題?？晒┎杉?4C測(cè)年樣品凡是與大氣C02進(jìn)行過交換或處于交換狀態(tài)的含碳物質(zhì)，都可作為14C年齡測(cè)定的樣品加以采集。樣品種類大氣圈空氣水圈海水、地下水及冰雪等固態(tài)水。生物圈植物：所有植物的根、莖、葉、花、果、種子，其中木頭、木炭中含炭量最高，又不易與周圍物質(zhì)發(fā)生碳原子的交換，是最好的14C測(cè)年標(biāo)本。動(dòng)物：脊椎動(dòng)物的骨頭、牙齒、蹄爪、鱗角、皮毛等。樣品的數(shù)量木頭及木炭25~60g采樣時(shí)要確定樣品在地層中的產(chǎn)狀，特別要注意它是否屬于原生或經(jīng)過搬運(yùn)再沉積而成。如采集的是大樹則須注意樣品取自該樹的部位，因?yàn)橹参锷L(zhǎng)決定了它的邊材和心材的年齡不同。中心部位(心材)的樣品，年齡偏于樹木的初始生長(zhǎng)年齡，而靠近樹皮的外緣部位邊材)所測(cè)年齡為砍伐或死亡年齡。泥炭200~500g，一般取1000g泥炭的堆積速度效慢，如遇到厚層泥炭時(shí)，除按頂、底板采樣外，層間應(yīng)視地層發(fā)育情況再分層加密采集。淤泥、粘土500~1000g淤泥的空隙度大，含水量高，如埋藏條件不利時(shí)，容易受到污染。淤泥的沉積速度很慢，尤其是海相淤泥有時(shí)每千年才能沉積下幾毫米。因此采樣時(shí)應(yīng)仔細(xì)地分層采集。生物碳酸鹽類樣品(貝殼、珊瑚等)

200~300g無機(jī)碳酸鹽沉積500g(石灰華、鐘乳石、鈣結(jié)石等）石筍、石鐘乳、石柱等是逐漸形成的，和樹木年輪一樣，具有同心圓結(jié)構(gòu)，其年齡由中心向外緣漸變。在做14C年齡測(cè)定時(shí)，可按同心圓逐層剝離、分層測(cè)定。采樣方法挖開浮土，采集新鮮（未被污染）樣品。如從同一剖面的不同層位采集多個(gè)年齡樣，應(yīng)從下向上逐個(gè)采集。注意不要采集已受污染的樣品，采集后馬上用塑料袋密封。防止與含碳的物質(zhì)（如紙、棉紗織物等）接觸。若樣品潮濕，且短期內(nèi)又不能送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，必須就地晾（曬、烘）干，以防發(fā)霉。（四）14C年齡測(cè)定方法的應(yīng)用領(lǐng)域在第四紀(jì)地質(zhì)和地層年代學(xué)方面的應(yīng)用在海洋研究中的應(yīng)用海相沉積、海面升降、海陸變遷及沉積速度、沉積過程、沉積環(huán)境等方面的研究。在考古學(xué)及古人類古脊椎動(dòng)物學(xué)研究方面的應(yīng)用在古氣候和古環(huán)境方面的應(yīng)用在古水文、水文地質(zhì)方面的應(yīng)用通過對(duì)洪泛層的14C年齡測(cè)量，并結(jié)合地質(zhì)、地貌、地層等方法來測(cè)算歷史時(shí)期的洪水頻率、洪峰水位及水量等取得可喜進(jìn)展。二、古地磁測(cè)年法（一）測(cè)年原理地球具有磁場(chǎng)。地磁場(chǎng)可以看作一個(gè)地心軸向偶極子磁場(chǎng)。在地質(zhì)歷史中，地磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度是不斷變化的。地磁場(chǎng)變化的周期有長(zhǎng)有短。極性世

持續(xù)時(shí)間約106年，分為正極性世（normalpolarityepoch）與現(xiàn)在地磁極性相同的時(shí)期。負(fù)極性世（reversedpolarityepoch）與現(xiàn)在的地磁極性相反的時(shí)期。次一級(jí)的極性變化稱為極性事件

（event）持續(xù)時(shí)間約104~105年。這些變化以熱剩磁、沉積剩磁和化學(xué)剩磁的形式在地層和沉積物中記錄下來。沉積剩磁在含砂量高于60%的滲透性沉積物中，小磁性顆?？梢栽诔錆M水的孔隙中隨地磁場(chǎng)變化自由移動(dòng)，直到固結(jié)和脫水作用以后，這些小顆粒的移動(dòng)才受到限制，最終沿古磁場(chǎng)方向排列?；瘜W(xué)剩磁化學(xué)反應(yīng)磁性礦物古地磁場(chǎng)氣體噴發(fā)物(有毒氣體)火山碎屑流熔巖流火山碎屑火山基浪火山噴發(fā)與熱剩磁地磁場(chǎng)方向巖漿的居里點(diǎn)500~650oC在連續(xù)的剖面上（也可多個(gè)連續(xù)剖面相“連接”），密集采樣，經(jīng)古地磁測(cè)定和絕對(duì)年齡測(cè)定，得到一張古地磁表。標(biāo)準(zhǔn)地磁極性年表：運(yùn)用古地磁數(shù)據(jù)建立極性倒轉(zhuǎn)的相對(duì)順序，再運(yùn)用定年手段（例如K-Ar，Ar-Ar法）測(cè)定倒轉(zhuǎn)界限的年代，繼而建立全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)地磁極性年表。450萬年以來的古地磁年表應(yīng)用古地磁方法時(shí)，在連續(xù)的剖面上系統(tǒng)采樣，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定“剩磁”的方向和大小，借助于K—Ar等測(cè)年方法，確定某個(gè)（些）極性帶或極性事件的年齡，就可以確定樣品的年齡。樣品年齡的確定測(cè)定對(duì)象火山熔巖和火山灰靜水環(huán)境沉積的細(xì)