222Radon泄漏对基于210Pb的湖泊沉积物年代学及测年精度的影响

《Scientific Reports》：The impact of 222Radon escape on 210Pb-based sediment chronology and dating accuracy in lacustrine systems

　　

摘要

基于²¹⁰Pb的沉积物年代测定方法的准确性依赖于通过减去由²²⁶Ra贡献的²¹⁰Pb含量来确定大气中的²¹⁰Pb总量。这种标准的分析方法假设了一个封闭系统，在该系统中，气态中间产物²²²Rn与²²⁶Ra处于长期平衡状态。然而，在沉积速率缓慢且孔隙率较高的湖泊系统中，²²²Rn的逸出可能会使这一假设失效，从而严重扭曲年龄模型。本研究调查了三种不同湖泊系统中²²²Rn的迁移情况：匈牙利的巴拉顿湖（Lake Balaton）、圣安娜湖（Lake St. Anna）和罗马尼亚的红湖（Red Lake）。在巴拉顿湖中，较高的²²⁶Ra含量（25–55 Bq/kg）和较高的孔隙率（70–90%）导致表层30厘米内的²²²Rn大量流失（3?±?0.2–37?±?4 Bq/l），进而造成²¹⁰Pb含量不足（14–56%），年代测定误差高达200%。圣安娜湖虽然²²²Rn含量较低（0.2?±?0.01–3?±?0.2 Bq/l），但由于沉积速率慢且含有大量有机物，其年代测定误差最大（8–87%）。相比之下，红湖的年代测定误差最小（1–32%），这得益于其沉积速率较快且沉积物主要为沙质，尽管仍有可测量的²²²Rn逸出（2?±?0.2–28?±?4 Bq/l），但其²²⁶Ra含量仍为35 Bq/kg。研究结果证实，这些沉积物在氡方面不能被视为封闭系统。如果假设达到平衡状态，那么显著的气体逸出会导致对²¹⁰Pb含量的低估。我们得出结论，对于可靠的²¹⁰Pb年代测定而言，孔隙水分析及随后对氡扩散的校正至关重要，尤其是在过去150年间沉积速率缓慢且孔隙率较高的沉积物中。