BETA-实验室碳测年系列--六、14C测年：湖泊碳库VS海洋碳库效应及校正_【BETA实验室】

放射性碳年代学方法的建立被评价为年代度量测试领域里程碑式的发展。考古学和地球科学最早分享了这...

放射性碳年代学方法的建立被评价为年代度量测试领域里程碑式的发展。考古学和地球科学最早分享了这一伟大的发现。随着科技演进，放射性碳年代学方法被广泛应用于生物医学、环境监测、全球碳循环以及赝品判识等领域。

然而，多种材料如有机质、水生残体及各类壳体通常受到“碳库效应”的影响而使得年代结果失真，为建立高精度年代框架带来了极大的困难。因此，如何对样品14C年代结果进行有效的碳库效应校正，对高精度年代序列的建立具有重要意义。下面由小编和您一起对比下湖泊碳库VS海洋碳库效应及校正：

1、湖泊碳库效应及校正

湖泊水体14C放射性比活度通常低于同时期大气14C比活度，溶解于水体的碳酸盐中的“老碳”和“死碳”参与湖泊自养生物的机体营造，而使得低于同时期大气14C放射性比活度的材料进入湖泊沉积体系，使得年代结果偏老。硬水效应是湖泊碳库的特例，专指硬水湖泊水体的初始14C比活度较同时期大气14C偏低的现象，主要受湖泊水体物理、化学参数控制，由湖泊水体溶解的“老碳”和 “死碳”或者缓慢的水-气交换所引起，随时间和空间的变化而变化。碳库效应常常出现在非硬水湖泊中，但明显小于硬水湖泊，可利用14C与稳定同位素之间的比值确定是否存在碳库效应。

影响因素：

(1) 水体与大气交换不平衡

(2) 水体溶解的“死碳”或“老碳”的影响

1）湖盆地质条件：湖盆基岩碳酸盐岩含量的影响

2）流域的侵蚀：河流侵蚀带来大量的“死碳”直接稀释了湖泊水体溶解无机碳的放射性碳比活度；补给流域的侵蚀带来大量的“死碳”和“老碳”导致14C年代的不可靠。

3）地下水亏损14C：地下水补给的湖泊直接影响湖泊DIC的放射性比活度。主要表现在：其一，地下水水源渗入与露头出露需要几百年甚至几万年的地下运移时间，地下封闭条件使得地下水不能与大气进行气－液交换，但溶解于地下水的14C不停地衰变而不能得到“新鲜”14C的补充；其二，地下水流经过程中，石灰岩地区的“死碳”溶解，在露头处补充到湖泊水体。

4）冰川湖泊、极地湖泊以及海洋退缩时陆地上形成湖泊的碳库

(3) 湖泊自生生物对碳库的影响

(4) 湖泊水体化学指标对碳库的影响

校正方法：

(1) 使用同一测年手段不同测年材料建立点上碳库大小

湖泊沉积物定年修正碳库最为常用的一种方法，是用一组或几组相同沉积层位的陆源残体与全样有机质或水生残体以及壳体等材料对比建立碳库大小，并在整个年代序列上同一扣除，进行校正。

(2) 采用不同测年手段对碳库的校正

近年随着释光、铀系、210Pb/137Cs等年代学方法的建立和发展，对放射性碳年代学进行了有力的补充和完善。

例如：210Pb/137Cs表层沉积碳库建立，利用210Pb/137Cs获得表层沉积物沉积速率，根据年代特征点进行内插和外推，并与表层同层位放射性碳年代对比，建立表层碳库大小。如西藏兹格塘错表层放射性碳年代为2062aBP，同层210Pb年代为２年，因而把2062aBP作为该湖的碳库进行了校正。

2、海洋碳库效应及校正

海洋是巨大的碳14库。海洋表面和其他水体有两种放射性碳来源 – 大气二氧化碳和深海。海洋的深层水通过与地表水混合获得碳14，以及从放射性衰变中获取碳14。研究表明，地表水的二氧化碳（含碳14）获得平衡大约是10年。深水的二氧化碳平衡程度仍然不明。

年龄等同的陆地和海洋生物的放射性碳测年在放射性碳年龄上存在一个约400年的差异。树木等陆地生物主要从大气二氧化碳中获得碳14，但海洋生物却不能。因此，来自海洋生物的样品如贝壳、鲸鱼和海豹等要老得多。另一个需要考虑的因素是，海洋碳库的影响程度在所有地点都是不一样的。向上的深层海水与地表水的混合被称为上升流现象，具有纬度依赖性，主要发生在赤道地区。海岸线形状、当地的气候和风、信风以及海底地形也会影响上升流。

根据1972年J. Mangerud公布的一项研究，贝壳碳酸盐的全球海洋放射性碳库效应变化明显的原因是由于来自深海的“古老的”无机碳酸盐的上升流没有完全混合。在深海，1000多年的停留时间导致碳14活性在放射性衰变过程中枯竭，从而使碳14的外观年龄变得非常老。

如何确定海洋碳库效应？

Sean Ulm于2006年12月公布的一份报告中列出了三种用于确定海洋碳库效应的区域差异的方法：

1) 对收集的公元1955年前存活的历史年龄已知的海洋样品直接进行放射性碳测年；

2)对考古背景非常完整（被认为是同时期）的壳类/木炭配对样品进行放射性碳测年；

3)对活珊瑚或长寿命的活贝壳（具有明确的年生长带）进行放射性碳测年和/或成对放射性碳和铀钍（钍230和铀234）定年；

海洋碳库效应校正

如果不考虑海洋碳库效应，则无法对陆地和海洋样品进行比较或关联。全球不同海洋的校正因子，参见在线数据库海洋碳库校正数据库。该数据库获得爱琴海史前史研究所的部分资助。由于海洋环流的复杂性，实际校正随位置的改变而变化。

该数据库还用于诸如CALIB（Stuiver和Reimer，1993）或OxCal（Bronk Ramsey，1995年）等使用2004年海洋校准数据集的放射性碳校正计划。还需值得注意的是，来自深度大于75米的样品不包含在数据库中，因为校正数据集中的海洋模式年龄只对表面混合层有效。

当地碳库校正 (Delta±R)

Delta±R值仅用于海洋碳酸盐类。

根据海洋碳酸盐的年代，一个200 – 500年的校正(即全球海洋碳库校正)自动适用于所有海洋碳酸盐。此自动校正意味着放射性碳年龄会更接近现代，这是因为现代大气与海洋中的CO2要达到平衡需花费200-500年的时间。

Delta±R的校正适用于已经跟全球海洋碳库校正后的样品。由客户提供的值减去或加上这个已经校正的年龄（取决于它是 Delta+R 值或 Delta–R 值）。请注意：一个负数的Delta-R 将使年龄变老（通常认为淡水会稀释全球海洋碳库的平均值）。

以下样品报告将把两组数据进行对比，以区分不同之处：一组放射性碳年龄为1000 +/-30 BP，Delta R值为0+/-0（只进行海洋碳库校正），另一组放射性碳年龄为1000 +/-30BP, Delta R值为222+/-35 同时进行海洋碳库校正。