放射性核素常被用于近現(xiàn)代沉積物定年。然而，由于來源、半衰期、環(huán)境行為和測量技術(shù)方面的差異，它們在被用于沉積物尤其是快速沉積體系的定年時多數(shù)以失敗告終。因此，開展快速沉積下核素水平和分布的差異及其機(jī)理研究，對于認(rèn)知和確立可靠定年手段具有重要意義。 中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所侯小琳研究團(tuán)隊利用黃土高原三原縣天坑，分析其表層沉積物中210Pb、137Cs、129I和239,240Pu核素水平，通過綜合對比分析其深度分布特征，研究了各核素在快速沉積定年中的優(yōu)劣。他們發(fā)現(xiàn)，過剩210Pb和半衰期相對較短的137Cs（30.2 yr）在快速沉積過程中被稀釋而呈現(xiàn)出極大不確定度；歐洲核燃料后處理廠向環(huán)境中持續(xù)大量排放129I對1963年大氣核爆峰造成干擾，使129I僅可用于輔助定年；在240Pu/239Pu原子比值的檢驗下，239,240Pu比活度展示出清晰的單峰分布特征，對應(yīng)1963年大氣核武器試驗钚的最大沉降，表明239,240Pu在快速沉積體系中具有清晰可靠的斷代能力。這歸功于其較長的半衰期（239Pu: 24.1 kyr, 240Pu: 6.57 kyr）以及ICP-MS/MS超靈敏的檢測技術(shù)對環(huán)境中低水平239,240Pu的準(zhǔn)確檢測。此外，他們還結(jié)合239,240Pu質(zhì)量平衡模型計算和野外觀測，推斷降水侵蝕將周邊黃土帶入坑內(nèi)是除風(fēng)塵堆積外天坑沉積物的另一個主要來源。
該研究充分展示出钚同位素對于快速沉積定年的顯著優(yōu)勢，明確了其在未來黃河流域生態(tài)演化研究中的巨大潛力。
圖 天坑沉積物不同鉆孔中各核素的深度分布顯示出钚同位素對于核爆事件的清晰記錄及其在現(xiàn)代快速沉積中的定年優(yōu)勢
上述研究成果以Plutonium-based radiometric dating of rapidly accumulated sediments in the Sanyuan sinkhole, southern Chinese Loess Plateau為題發(fā)表在著名環(huán)境學(xué)期刊Science of the Total Environment上。該研究受中科院先導(dǎo)項目、國家自然科學(xué)基金委以及中科院青促會資助。中科院地環(huán)所范煜坤副研究員、西安地球環(huán)境創(chuàng)新研究院姜歡工程師是共同第一作者，中科院地環(huán)所侯小琳研究員是通訊作者。論文原文鏈接如下：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160937
