综述：第四纪地质年代学中的放射性同位素：最新进展

《Journal of Environmental Radioactivity》：Radioisotopes in Quaternary geochronology: Recent advances

　　

帕尔塔·萨拉蒂·杰纳（Partha Sarathi Jena）|阿尔文德·舒克拉（Arvind Shukla）|米尔·穆罕默德·尼扎马尼（Mir Muhammad Nizamani）|穆罕默德·阿里（Muhammad Ali）|周曲（Zhou Qu）|赖中平（ZhongPing Lai）

中国汕头大学海洋科学研究院，汕头市，515063

摘要

可靠的年龄控制对于理解第四纪环境变化至关重要，这些变化涵盖了从近期的人类影响到长期的气候和景观演变。在过去的几十年中，开发并改进了多种地质年代学方法，使研究人员能够对不同的地质档案进行定年。同时，计算工具和统计建模的进步从根本上改变了年龄的计算、校准和解释方式。本文综述了关键的第四纪地质年代学方法的最新进展，包括²¹⁰Pb和¹³⁷Cs测年、放射性碳（¹⁴C）测年、陨石¹⁰Be测年、U系列测年以及K-Ar/⁴⁰Ar-³⁹Ar测年。我们发现，第四纪地质年代学的进步不仅得益于各个测年方法的改进，还得益于用于校准、不确定性评估和年龄-深度建模的计算工具的快速发展。总体而言，这项综合研究强调了方法整合、透明不确定性处理和可重复建模在构建未来第四纪研究可靠时间框架中的重要性。

引言

第四纪（约258万年前至今）以气候变化显著为特征，包括大陆冰盖的扩张与消退，以及海平面、生态系统和沉积模式的深刻变化（Head和Gibbard，2015年）。建立可靠的、高分辨率的第四纪沉积物年代学体系对于理解环境变化的时间、速度和原因至关重要（Walker，2005年）。准确的测年能够实现不同地区地层序列之间的关联，重建古气候事件，并评估冰冻圈、水圈、大气圈和生物圈之间的相互作用（Roberts等人，2018年）。在海洋和湖泊沉积物岩心中，年代学研究对于将局部环境记录与全球气候信号联系起来、同步陆海档案以及检验关于地球系统过程的假设尤为重要（Li等人，2021年）。

第四纪测年方法大致可以分为绝对测年（提供数值年龄）和相对测年（确定时间顺序但不提供确切年龄），以及基于放射性衰变的测年方法和基于物理、化学或磁信号关联的测年方法（Walker，2005年）。在放射性测年方法中，放射性碳（¹⁴C）测年被广泛用于富含有机物的沉积物和生物碳酸盐岩，可测定大约5.5万年以内的年龄，为第四纪晚期的研究提供了重要的约束（Reimer等人，2020年）。该方法已用于海洋和陆地沉积物岩心的测年（例如，Bhushan等人，2018年；Bharti等人，2022年）。相反，铅-210（²¹⁰Pb）测年被用于重建湖泊、河口和大陆架过去约150年内的沉积速率和近期环境变化（例如，Appleby和Oldfield，1978年；Sanchez-Cabeza和Ruiz-Fernández，2012年）。虽然铀系列（U–Th）和陨石¹⁰Be测年等方法原则上可以用于较老的沉积物，但由于多种限制，它们在海洋沉积物岩心的应用受到限制（例如，Edwards等人，1987年；Shen等人，2012年；Jena等人，2023b）。一些利用晶体缺陷储存能量的方法，如发光测年和电子自旋共振（ESR）测年，也在第四纪地质年代学中得到了广泛应用（例如，Carvajal等人，2011年；Jena等人，2022b）。包括磁学方法（Opdyke和Channell，1996年）和氧同位素测年（Lisiecki和Raymo，2005年）在内的地层学方法仍然对于超越放射性测年的限制来扩展时间框架至关重要。

本综述的目的是综合并批判性地评估应用于第四纪沉积物岩心的主要测年技术，强调其原理、适用性、优势和局限性。本研究重点介绍了²¹⁰Pb、放射性碳、陨石¹⁰Be、U系列、K-Ar/⁴⁰Ar-³⁹Ar等测年方法，并汇编了有助于时间分析和数据整合的专业在线工具和软件的信息。通过将方法描述与实用资源相结合，本综述旨在为研究人员提供选择、应用和管理不同沉积环境中第四纪测年技术的全面参考。

部分摘录

测年方法

表1概述了主要的第四纪测年方法，总结了它们的基本原理、可测年材料、年龄范围、所需仪器、关键假设和主要局限性。表1中列出的方法将在后续部分详细描述，讨论它们在不同沉积环境中的应用、优势和限制。

结论

在第四纪沉积物研究中，建立可靠的时间框架仍然是一个核心挑战，尤其是在多样的沉积环境和时间尺度下。本综述指出，没有一种测年方法是普遍适用的。相反，通过仔细选择和整合互补的放射性和地层学方法，可以最好地实现可靠的年龄控制。

未来的第四纪地质年代学研究将越来越依赖于……

CRediT作者贡献声明

帕尔塔·萨拉蒂·杰纳（Partha Sarathi Jena）：概念构思、形式分析、调查、方法论、撰写——初稿、软件开发。阿尔文德·舒克拉（Arvind Shukla）：撰写——审稿与编辑、可视化、软件开发。米尔·穆罕默德·尼扎马尼（Mir Muhammad Nizamani）：形式分析、调查、撰写——审稿与编辑。穆罕默德·阿里（Muhammad Ali）：形式分析、数据管理、撰写——审稿与编辑。周曲（Zhou Qu）：数据管理、撰写——审稿与编辑、验证、软件开发。赖中平（ZhongPing Lai）：形式分析、资金获取、撰写——审稿与……

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

PSJ感谢汕头大学对其博士后项目的资助。