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      陳宣諭等-Quaternary Geochronology:在年輕火山噴發(fā)定年研究中取得新進(jìn)展

      撰稿: 發(fā)布時(shí)間:2021-09-09

            火山灰年代學(xué)的核心原理之一是:不同地點(diǎn)發(fā)現的相同火山灰層具有一致的年齡,因此厘定火山灰標志層精準的噴發(fā)年齡十分關(guān)鍵,其可用于各類(lèi)地質(zhì)、古環(huán)境和考古學(xué)記錄的精確定年。Ko-g和Ma-f~j火山灰是日本北部重要的時(shí)間標志層,它們分別來(lái)自日本駒岳山(Komagatake)和摩周(Mashu)火山全新世規模最大的普林尼式噴發(fā)。盡管過(guò)去的研究對上述火山灰開(kāi)展了大量的放射性碳(14C)測年工作,但不同研究的結果差異較大,關(guān)于火山灰的噴發(fā)年齡尚無(wú)一致認識。過(guò)去的研究中還存在采樣偏差、可能的樣品污染以及14C年齡校正等問(wèn)題,這些問(wèn)題對單個(gè)14C測年結果影響較大。

        針對上述問(wèn)題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、深地科學(xué)卓越研究中心陳宣諭博士后、徐義剛院士與英國學(xué)者合作,利用貝葉斯統計建模方法開(kāi)展火山灰年代學(xué)研究。與單個(gè)14C定年結果易受各類(lèi)問(wèn)題困擾相比,貝葉斯統計方法能夠綜合分析多個(gè)地點(diǎn)的年代學(xué)數據,并將地層學(xué)信息納入模型,通過(guò)計算機迭代運算,可以更好地校正14C年齡,得出較單個(gè)測年結果準度和精度更高的火山灰年齡估算。

        本研究首先利用OxCal軟件建立‘階段’模型分析火山灰的近源14C年齡,這些樣品依據其與火山灰層的相對地層關(guān)系,被納入不同的沉積階段(如噴發(fā)前、同噴發(fā)、噴發(fā)后階段)。階段模型(圖1)在校正樣品年齡的過(guò)程中,同時(shí)考慮了樣品地層位置給火山灰年齡帶來(lái)的年代學(xué)制約(先驗信息)。這與先前研究中,將采自火山灰之中和之下(緊鄰地層中)樣品的年齡均認為是噴發(fā)年齡相比更為準確。

        
      圖1. 火山灰‘階段’模型。圖中淺灰色概率分布代表14C樣品僅通過(guò)校正曲線(xiàn)校正后得到的年齡,黑色概率分布代表地層學(xué)信息(先驗信息)加入模型后,相應樣品的模式年齡。  

        由于上述火山灰在遠源湖泊中被識別,且相應湖泊沉積記錄具有大量14C測年數據,這使得利用貝葉斯統計建模方法進(jìn)一步分析所有近、遠源信息成為可能。利用湖泊14C年代學(xué)和地層學(xué)數據,本研究構建了正式的‘沉積’模型,該模型利用泊松過(guò)程模擬湖泊沉積物形成過(guò)程。根據火山灰在沉積記錄中的層位,‘沉積’模型在相應位置交叉引用了上述兩層火山灰的‘階段’模型(圖2),實(shí)現了同時(shí)分析與火山灰相關(guān)的所有可用的年代學(xué)和地層學(xué)信息。


      圖2. 貝葉斯14C沉積模型。該沉積模型交叉引用了火山灰階段模型。

        研究結果顯示,與單獨利用火山灰的近源或遠源信息相比,交叉引用的‘階段’和‘沉積’模型(圖2)能有效地使先驗信息最大化。綜合分析所有近源和遠源年代學(xué)和地層學(xué)信息后,該研究為Ko-g火山灰提供了目前最準確和最精確的年齡估算(6586±40 cal yr BP),而為Ma-f~j火山灰提供了目前最準確的年齡估算(7532±72 cal yr BP)(圖3)。這些結果厘清了過(guò)去關(guān)于火山灰噴發(fā)年齡的爭論,增強了相應火山灰作為定年工具的作用,為完善東亞全新世火山灰地層框架提供了關(guān)鍵信息。


      圖3. 本研究年齡模擬結果與過(guò)去單個(gè)14C測年結果比較。根據本研究結果,圖中紫色年齡表示其不應被視作火山灰噴發(fā)年齡。

        研究成果近日發(fā)表于國際地學(xué)期刊Quaternary Geochronology,項目受中國科學(xué)院B類(lèi)先導專(zhuān)項(XDB18000000)和中國科學(xué)院對外合作重點(diǎn)項目(132744KYSB20130005)聯(lián)合資助。

        論文信息如下:Chen, X.-Y.*, Blockley, S.P.E., Staff, R.A., Xu, Y.-G. and Menzies, M.A., 2022. Improved age estimates for Holocene Ko-g and Ma-f~j tephras in northern Japan using Bayesian statistical modelling. Quaternary Geochronology, 67: 101229.

        相關(guān)鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1871101421000790

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