基于210Pb、Pu与花粉浓缩物放射性碳测年的湖泊沉积物年代学构建——以澳大利亚维多利亚Lake Surprise为例

为解决湖泊沉积物年代学模型中14C年龄偏移问题，研究人员通过整合210Pb活度、Pu同位素及花粉/大化石放射性碳测年技术，构建了澳大利亚Lake Surprise的全新世沉积序列年代框架。研究发现大化石与花粉提取物存在~340 14C年系统性年龄差异，推测与地下水输入期藻类孢子吸收老化无机碳有关。该研究为古环境重建提供了更精确的年代学校正方法。

　　

在理解地球环境演变的历史拼图中，湖泊沉积物如同天然的年轮记录仪，保存着过去气候变化的密码。然而，解读这些密码的最大挑战在于建立精确的年代框架。传统放射性碳测年(¹⁴C)技术面临一个尴尬困境：虽然陆地植物大化石被视为理想的测年材料，但在许多沉积序列中它们踪迹难觅；而大量存在的有机质可能因"碳库效应"（如吸收古老地下水中的无机碳）导致年龄高估。这种不确定性如同迷雾笼罩着古环境重建工作，使得科学家们难以准确判断沉积层形成的确切年代。

针对这一难题，来自澳大利亚的研究团队选择维多利亚州的Lake Surprise作为天然实验室，开展了一项多方法交叉验证的年代学研究。他们创新性地将花粉浓缩物放射性碳测年与传统大化石测年、²¹⁰Pb活度分析和钚(Pu)同位素检测相结合，并引入历史标记事件（如松树花粉首次出现和2004年钻探记录）作为时间锚点。这项发表在《Quaternary Geochronology》的研究，不仅揭示了不同测年材料间的系统性年龄差异，更建立了更可靠的年代学校正模型，将可靠测年范围推进至约10,846校准年前。

研究团队采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)排除花粉提取物中碳酸盐和木炭污染，通过贝叶斯统计整合多种测年数据。沉积物样本来自Lake Surprise的连续岩芯，²¹⁰Pb和Pu分析限定表层沉积年龄，而放射性碳测年涵盖花粉提取物、大化石和全样有机质三类材料。

【²¹⁰Pb与Pu约束现代沉积速率】
通过测量²¹⁰Pb放射性活度随深度的衰减曲线，结合^239+240Pu同位素比值（1963年核试验峰值标记），研究人员精确计算出表层50cm沉积物的堆积速率为0.28cm/年，这与2004年钻探事件形成的地层扰动标记高度吻合。

【大化石与花粉¹⁴C年龄差异】
对比分析显示，大化石测年结果比同层位花粉提取物年轻约340 ¹⁴C年，且这种差异随深度增加而扩大。FTIR光谱证实花粉提取物无碳酸盐污染，但沉积物碳酸盐含量与年龄偏移量呈正相关，暗示藻类孢子可能通过吸收"老化"的地下水溶解无机碳(DIC)导致花粉测年偏老。

【贝叶斯模型整合多源数据】
通过构建Bacon年龄-深度模型，研究团队将校正后的花粉¹⁴C数据与大化石测年结果、²¹⁰Pb/Pu约束条件以及历史标记层进行整合，生成概率年龄分布。模型验证显示，在考虑藻类DIC吸收效应的校正后，花粉测年数据可使年代框架的不确定性降低42%。

这项研究的重要意义在于首次系统量化了花粉与大化石放射性碳年龄的系统性差异，并提出藻类介导的碳循环过程是重要影响因素。建立的综合年代学方法特别适用于大化石匮乏的沉积环境，为高精度古气候研究提供了新工具。研究还揭示Lake Surprise在过去万年中经历了三次显著沉积速率变化，可能与区域水文气候事件相关。这些发现不仅推进了测年技术发展，更提醒学界在解释古环境记录时需审慎考虑不同测年材料的代表性差异。