Радиоуглеродные исследования геофизических, астрофизических и геоэкологических процессов в прошлом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДША ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ШИКИ ЗЕМЛИ //3

им. О.Ю.ШЩДГА

На правах рукописи ВЕКСЛЕР ВИТАЛИЙ САМУИЛОВИЧ

УДК 550.2; 537а591з 823.165; 539.1.06; 551.79

РАДИОУГЛЕРОДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕХШЗИЧЕСШ, АСТРОФИЗИЧЕСКИХ И ГЕОЭШОГИЧШШХ ПРОЦЕССОВ В ПРОШЛОМ

01.04.12 - геофизика

А в т о р е ф в р а т

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 1989

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте морской геологии и геофизики Всесоюзного морского научно-производственного объединения по инженерной геологии.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор J1.п.Дорман, доктор физико-математических наук, профессор Г.Н.Петрова, доктор физико-математических наук, профессор М.В.Алания

Ведущая организация: Институт географии АН СССР

Защита диссертации состоится " _ " _ 198_ г.

в ___ час. на заседании специализированного совета Д.002.08.02 по присуждению учёной степени доктора наук при Ордена Ленина Институте физики Земли им. О.Ю.И1мидта АН СССР по адресу: 123810, Москва, Д-242, Б.Грузинская, д., 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики Земли АН СССР.

Автореферат разослан " _ " _ 198_ г.

Учёный секретарь специализированного совета кандидат геолого-минералогических наук

М.В.Невский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Большую роль для исследования и установления закономерностей развития природных процессов и их прогнозов в настоящее время играют материалы об этих процессах в прошлом, получаемые по данным радкоизотопных анализов. В последние годы изотопные методы широко используются з решении многих экологических вопросов поведения природной среды в прошлом. Среди изотопных методов, позволяющих восстанавливать характер и численные параметры динамики прнродниг процессов, радиоуглеродный метод, ввиду его широкого внэдра-ния в практику исследований, является одним из наиболее информативных. Изучение закономерностей распределения ^С з природных образцах в прошлом и процессов, ответственных за изменения концентрации ^С ( а С), дает воэмо.чность выделить воздействие отдельных факторов, учесть плакзтаркыз, региональные и локальные особенности,

С 1965 г, по сформулированной академиком Б.П.Констг.4-ткнозым и профессором Г.Е.Кочаровкм общесоюзной комплексной программе "Астрофизические явлетя и радиоуглерод"0 проводится исследование циклической н вспьпгачноЯ активности Солнца,, вспыиек сверхновых звезд, монотонных вариаций и инверсий геомагнитного поля и т.д. Представляет особый интерес установление точных дат и изучение событий в прсяяом, характеризующихся резкими колебаниями концентрации ^С на сравнительно коротких интервалах времени. Такие эпизоды но» гут слуттть реперами для установления точных временных интервалов того или иного события.

В зависимости от источников вариаций ^С, изменения концентрации радиоуглерода по амплитуде колеблются от до~зЯ процента до десятков процентов. Для изучения малых вар!йднй требуется перейти к точности измерений от ~ процента к калым долям процента. Достигнутая точность изиерзнпй ( §"- 0,5^) е™е не позволяет однозначно регать поотавлек::уз задачу, т.к. не учитываются факторы, присуща с?мой методике измерений и влияюз.ие на ее достоверность.

К настоящему времени установлен ряд закономерностей изменения содержания ^С на примерно 8000 летней шкале» Однако,, дяя изучения явлений, несущих важную информацию о глобальных природных процессах и существенно влияющих на возможность расширения точной возрастной границы радиоуглеродного метода для геоэкологических и геохронологических задач, особый интерес представляет интервал времени более 8 тыс. лет. Поэтому, комплексный подход к экспериментальному изучению всевозможных параметров, искажающих результаты измерений, оптимизации элементов установок и к повышению достоверности изучения содержания *4С и других радиоизотопов в природных образцах, основанный с одной стороны на повышении точности измерения а с другой стороны на выявлении и изучении возрастных интервалов, содержащих крупные вариации в более далеком прошлом, является актуальной задачей.

Следует отметить, что интервал времени —> 10 тыс. лет от современности характеризуется сложным поведением природных процессовз перестройка климатических зон от ледникового к послеледниковому периоду (что могло вызвать значительное изменение скоростей обмена углеродом между различными обменными резервуарами), изменчивость хода напряженности магнитного поля Земли, колебание вулканической активности и т<,д„

Остаются актуальными и некоторые прикладные задачи, которые можно решить путем изучения содержания в природных образцах2 исследование цикла обмена обусловленного как антропогенными, так и природными факторами, скорость торфообразования в различных регионах страны, прогнозирование климатического хода и т.д.

Цель и задачи работы. Целью работы явилось изучение природных процессов в прошлом путем высокоточного определения концентрации радиоуглерода в атмосфере Земли. Поставленная цель достигается последовательным решением основных задач, включающих повышение чувствительности, точности н достоверности регистрации*4С; выявление и исследование возрастных интервалов, содержащих заметные вариации радиоуглерода.

Методика исследований. Для решения поставленных задач потребовалось: выполнение исследований по обосновании основных факторов, влияющих на достоверность определения содержания ^С в природных образцах; разработка методики,, создание и усовершенствование аппаратуры для высокоточного определения концентрации радиоуглерода; оптимизация процесса измерения и обработки результатов; обоснование методики выявления крупных вариаций ^С в далеком прошлом, превышающим возрастной интервал калибровочной кривой; проведение меяиабораторного контроля по датированию образцов. В результате автором создан комплексный подход, учитывающий влияние на достоверность определения 1 С факторов, кал присущих физическим основам радиоуглеродного метода, тая и факторов, обусловленных всеми стадиями его регистрации.

Научная новизна работы. Разработан и внедрен физический и методический подход к изучению вариаций ^ С в природных образцах* В основе этого подхода лежат исследования причин, вызывающих вариации в определении концентрации радиоуглерода, разработка методики и аппаратуры для пысозо-точного счета С, обоснование методики выявления крупных вариаций ^С в далеком прошлом, создание стандартных образцов радиоуглерода, проведение экспериментов и анализ полученных данных в связи с изучаемыми природными процессами

1. Для получения физических результатов:

- впервые в СССР создан комплекс технических средств для высокоточного определения концентрации ^С э образцах, включающий установку с дискриминацией импульсов по длительности сцинтилляций на одном ФЭУ и установку для одновременного счета радиоуглерода в нескольких образцах, практически полностью исключающую влияние аппаратурных помех

и флуктуаций фонового излучения;

- проведены на ЭВМ расчеты по оптимизации процесса" измерения и обработки результатов;

- предложена и обоснована методика выявления; крупное вариаций ^С в далеком прошлом;

- созданы и аттестованы стандарты активности углерода.

2. В результате выполненных исследований по выявлении

вариаций радиоуглерода:

- впервые выявлены неизвестные ранее крупные вариации ■^С в кольцах древесины в интервале более 10 тысяч лет назад - получено импульсное возрастание космогенного изотопа в атмосфере Земли и обнаружены крупные изменения в ходе

14С, что может быть обусловлено вспышкой близкой сверхновой звезды, совместным действием Солнца и изменением параметров углеродно-обменной системы:

- впервые выявлены вариации С при детальном радиоуглеродном и палинологическом изучении объектов, отражающих резкие климатические изменения. Полученные данные для интервала времени низкой напряженности геомагнитного поля, свидетельствуют в пользу кратковременных инверсий магнитного поля Земли в это время;

- получен ход геомагнитного момента на шкале 25 тыс. дет: определены период, амплитуда и форма колебаний.

3. На основе полученных результатов по определению "с. в природных объектах решен ряд геоэкологических, гво-хронологических и др. задач:

- обоснована геохронологическая шкала после- и поздне-ледникового времени Средней Прибалтики;

- установлена скорость накопления торфа на территории Латвийской ССР;

- проведена и обоснована корреляция палеогеографических событий позднего плейстоцена и голоцена по приморским районам и шельфу Арктики;

- определен возраст четвертичных отложений из различных районов окраинных морей СССР с целью создания основы стратиграфических схем в районах инженерно-геологических исследований на нефть и газ.

Научная и практическая ценность и внедрение результатов. Проведенные исследования позволили выявить ряд закономерностей регистрации низкоэнергетических радиоизотопов, разработать и создать комплекс технических средств для регистрации 14С, который рекомендован к внедрению в радиоуглеродных лабораториях и может быть применен при высокоточной регистрации других низкоактивных радиоизотопов при значительном сокращении времени измерения. Ряд

разработок (методика, аппаратура, стандартные образцы) внедрены в различные научно-исследовательские организации СССР.

Выявленные вариации в атмосфере Земли и установленные причины, вызывающие эти изменения, такие как вспышки сверхновых, солнечная активность, инверсии магнитного поля Земли, тлеют важное значение для геофизики, физики Солнца и космических лучей.

Разработанная методика и аппаратура, полученные практические результаты наши применение в решении задач комплексной проблемы "Астрофизические явления и радиоуглерод" .

Проведенные исследования по изучению концентрации в кольцах древесины в интервале более 10 тысяч лет назад и в торфяниках голоценового возраста имеют практическую ценность для уточнения радиоуглеродных датировок из соответствующих возрастных интервалов.

Исследование содержания ^С в изучении 400- угле-родсодержащих образцов позволило выявить абсолютную хронологию территории Латвийской ССР, схема которой внедрена в производственных организациях республики; установить возраст интервалов изменения климата и растительности поздна-четвертичных отложений внутренней окраины нельфовой зоны; обосновать возрастные интервалы для внедренных в производственных организациях стратиграфических схем верхнего плейстоцена и голоцена.в районах инженерно-геологических исследований на континентальном шельфе;' изучить скорость накопления торфа, являющегося топливным и минеральным сырьеы на территории Латвии.

Материалы многих исследований нашли отражение в ряде монографических и научных публикаций и обзорных статей.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований основных факторов, влияющих на достоверность определения концентрации С в природных образцах.

2. Разработанная методика и созданный комплекс аппаратуры и стандартных образцов для высокоточного измерения

радиоуглерода.

3. Выявленные вариации концентрации ^С в образцах древесины и торфяников и интерпретация их причин.

4. Результаты применения радиоуглеродного метода в геофизических и геоэкологических исследованиях.

Степень обоснованности экспериментальных результатов. Достоверность результатов экспериментальных данных по предложенным методикам измерений на разработанной аппаратуре подтверждается данными автора работы и других исследователей, полученными в результате регулярно проводимых контрольных межлабораторных имерений, а также обуславливается метрологическим обеспечением всей технологической схемы процесса выделения и счета Предлагаемая методика выявления вариаций радиоуглерода в прошлом подтверждается ее проверкой во временном интервале, охваченном денд-розсронологическими исследованиями.

Исходный материал и личный вклад. В диссертации использованы следующие материалы:

1. Углеродсодержащие образцы (более 500) из различных регионов СССР и результаты лабораторных анализов, полученные непосредственно диссертантом или под его руководством.

2. Отчеты тематических исследований, методические и технические разработки, выполненные при непосредственном участии или под научным руководством диссертанта.

3. Все результаты работы получены диссертантом лично при обобщении аналитических материалов. Опубликованные в соавторстве статьи, написаны по аналитическим материалам диссертанта, который лично участвовал в их интерпретации ш разработке концептуальных решений.

Автор данной работы считает своим приятным долгом выразить благодарность научному руководителе общесоюзной комплексной проблемы "Астрофизические явления и радиоуглерод* профессору Г.Е.Кочарову, своим коллегам по работе кандидатам геолого-минералогических наук А.С.Савваитову и В.Я.Стелле, которые на разных этапах принимали участи© в обсуждении работы, доктору физико-математических наук В.А.Дергачеву и А.А.Кристину« Э.И.Преде за практическую поуоць в решении рада вопросов.

Апробация работы. Основной материал диссертации опубликован и 60 статьях, изложен в Ь научных отчётах. Основные аспекты проведённых исследований докладывались и обсуждались на Первой Всесоюзной научно-технической конференции по метрологии и технике точных измерений (Свердловск, 1968), на Всесоюзном совещании по проблеме "Вариации содержания радиоуглерода в атмосфере Земли и радиоуглеродное датирование" (Вильнюс, 1971), Втором Всесоюзном совещании по дендрохронологии (Каунас, 1972), на региональных совещаниях но применению изотопно-геохимических методов в Прибалтике и Белоруссии (Таллин, 1972, 1987; Рига, 1974, 1984; Вильнюс, 1979), Всесоюзном методическом симпозиуме "Состояние методических исследований в области абсолютной геохронологии" (Москва, 1972), Всесоюзных совещаниях по проблеме "Астрофизические явления и радиоуглерод" (Тбилиси, 1973, 1976, 1987), XI Ленинградском семинаре по космофизике (Ленинград, 1979), Всесоюзной школе-семинаре "Методы изотопной геологии" (Звенигород, 1983, 1987), Всесоюзной школе им. Б.П. Константинова по радиоуглероду (Паланга, 1986), Всесоюзном совещании по геохронологии четвертичного периода (Москва, 1985).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и перспектив исследований. Работа содержит 295*страниц машинописного текста, включая 45 рисунков, 47 таблиц, список литературы из 380 наименований и б приложений, характеризующих уровень ряда разработок и их внедрение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрено состояние вопроса, даны направления и технология повышения достоверности определения пэнцен-трации радиоуглерода. Отмечено, что на достоверность определения концентрации радиоуглерода в природных образцах влияет ряд факторов, присущих как самой методике измерения ^С, так и обусловленных физическими основами радиоуглеродного метода (рис. I).

Рассмотрены вопросы, капающиеся основ радиоуглеродного метода и состояния сцинтилляционного варианта: обра-

зевание ^С в атмосфере Земли и вариации радиоуглерода, бета-спектрометрия С; способы дискриминации фона8 обусловленного космическим и внешним радиоактивным излучением; проведен анализ физических процессов, происходящих при взаимодействии радиоактивного излучения с веществом сцин-ткллятора^рассмотрены погрешности измерения радиоуглерода и указаны пути их уменьшения; рассмотрены вопросы оптимизации процесса измерения и обработки результатов (Векслер, 1971; Векслер, Савваитов, Стелле0 1971; Векслер,, Савваи-®оз8 Стелле, 1973; Векслер„ 1974)»

Проведенный анализ показывает возможность выполнять определение концентрации радиоуглерода в образцах с высокой точностью» Однако5 принятая методика измерений по схема определения содержания радиоуглерода в образце путем сравнения со стандартами при разновременном счете фона, эталона современного ^С и определяемого образца имеет ряд недостатков. Разновременность измерения фона, эталона к образцов приводит к неодинаковым условиям измерений и зачастую затрудняет сравнение двух образцов, активность которых различается незначительно, например, при измерении активности годичных колец деревьев или близлежащих слоев торфа» При этом на процесс измерений оказывают влияние следующие дестабилизирующие факторы: изменения температуры с изменение во времени уровня космической радиации, нестабильность во времени уровня промышленных помех и наводок по цепям питания и линиям связи между различными блокам установки. Кроме того, периодическое заливание из кювета фона и эталона не обеспечивает абсолютной идентичности количеств залитых в разное время стандартов и т„д0

Автором была предложена методика одновременного кзыз-рггетк нескольких образцов свободная от указанных погрее-ностей (Векслер, 1976).

Во второй главе представлены результаты, касавщиеся разработки, создания и усовершенствования аппаратуры для определения концентрами радиоуглерода»

При сцйнтилйицйо.чноц методе счета радиоуглерода к кз-кзрктелыоы установкам предъявляются требования высокой чуастштедькосуи реп!сграции ^С, стабильности паралмтров

ОСНОВНЫЕ ФAîfTOPb!,ВЛМЯКШЕ НА ДОСТОВЕРНОСТЬ РАДЛОУГЛЗРО.ПНОГО МЕТОДА

tï3rt?*i3j<t*8 лагохл .M ö СОЛнечнуШ

снсгеми нз-зв ¿лнзннх вспышех сзерлноз заезд

ГХЛ cûjrtt вегро/t в нежллзнегнан rwacrpsHcrsr

аервецая Kjf \ згмосферяого происхождения

. J

мзяененяг жеояпсгн геоязгв-обреззиня

Взркзцяп ЯМ знезенного происхождения l

Генерация . _ н? солнце

, Си оpeer Ó „ „ ебрззовзнкй "Сз ягяое/рере зенля

мзнененне аоьемз обменных чгсгеи резерзузров

3

Варкзцнн KJJ гсонггкпгнаго происхождении

-TU

/ерзнгер

ЙЯГНЯГНОГО

/тзля зеялн

досгоаерносгь определенна нанценгрзцнн рздноуглерод? изменение , _ е.чарссги перенешивзння "С s различных чзегях рехерецзаоз н скорости переход9 пежду нннн

, 1'ОХВЭмнОСГй

обрззцз a ecrecra. условиях ззлегзю/я

измерение

«вддами "С acipeitt е

"С из обрззцз

¿ГМОННЫЯ О0р*ЗЦЫ

U-

/¡•спенгромегрна реднвуглеродз

Счегнзв

влпзрзгурз

аффехгяяхасл pcrttcrpsqt/ff Фет, sríj¡e*í, cáp33í¡3

г VA. Л

аппаратуры во времени и ее надежности. Чувствительность радиоуглеродной установки находится в прямой зависимости от эффективности регистрации ^С, количества вводимого для измерения углерода и обратно пропорциональна фону.

В работе проводится сравнение различных критериев, предложенных для характеристики радиоуглеродных установок и приведены параметры более 100 сцинтилляционных установок, отражающие развитие техники счета ^С.

Проведенные исследования позволили разработать и создать следующий комплекс аппаратуры для регистрации естественного С.

Установка с временной селекцией импульсов. Показана возможность снижения фона от космического и внешнего излучения и электромагнитных наводок СВекслер, Кристиньш. 1972)„ Дискриминация фона от космического и внешнего радиоактивного излучения осуществляется временной селекцией импульсов» Надежная экранировка от паразитных наводок и электромагнитного излучения достигается непосредственным размещением всей схемы тракта усиления, дискриминации и блока логики в защите детектора, благодаря применению интегральных микросхем. Применение последних позволяет увеличить надежность радиометрических установок, улучшить их параметры, уменьшить габариты и значительно упростить их настройку и эксплуатацию.

Для разновременного измерения рабочих (образца и эталона) и-фонового препаратов, а также для контроля за загрязненностью посторонней активностью, в установке предусмотрен фоновый канал с энергетическим порогом выше максимальной энергии бета-излучения радиоуглерода.

Блок-схема разработанной установки представлена на рис. 2. Детектор излучения состоит из сложной кюветы, изготовленной на основе двух сцинтилляторов с временами высвечивания т, =« 2,5*10^ сек и Г, = 3,19® сек и двух ФЭУ. Оба фотоумножителя просматривают объем жидкого сцинтилля-гора0 Один из ФЭУ также видит неорганический сцкнтиллятор. Импульсы с ФЭУ подаются на согласующие усилители соответствующих каналов, работающие в режиме повторителей и выпол-

ненные на основе интегральных операционных усилителей (ОУ) типа 1УГ401А.0У в таком режиме имеет весьма высокое входное сопротивление и» следовательно, его коэффициент передачи практически равен единице. Затем сигнал дискриминируется по амплитуде дискриминаторами нижнего уровня и дискриминатором верхнего уровня, выполненными на основе интегральных операционных усилителей по схеме компаратора. Дискриминатор ДВВУ имеет порог срабатывания выше граничной энергии бета-излучения радиоуглерода и вместе с соответствующим регистрирующим устройством образует фоновый канал. Сигналы с ДПУр ДНЗ^, ДВУ поступают на блок логики, на выход которого проходят только импульсы, появляющиеся одновременно в обоих каналах и амплитуда которых лежит в окне между уровнями нижнего и верхнего дискриминаторов и длительность импульса с первого канала не превышает заданной величины. С выхода блока логики импульсы подаются на регистрирующее устройство. Дискриминатор верхнего уровня благодаря временной селекции импульсов настроен выше граничной энергии бета-излучения поэтому аналогично как в случае пропорционального счетчика, имеется возможность работой в точке баланса обеспечить высокую стабильность измерений.

Экспериментально установлено, что доля дискриминированного фона от космического и внешнего радиоактивного излучения составляет 47%. С целью выявления и устранения влияния случайных помех применен автоматический контроль за процессом измерения, осуществляемый двумя способами; записью числа импульсов за установленный интервал времени (цифропечать) и графической регистрацией времени набора определенного числа импульсов на разработанном электронно-графическом регистраторе (Кристин, Векслер, 1974). Предусмотрено подключение перфоратора для ввода данных в ЭВГ<Г. Весь монтаж схемы - печатный. В качестве защитного экрана от космического излучения собран блок из стандартных свинцовых кирпичей и 3 мм листовой стали, позволяющий разместить внутри него детектор излучения, дискриминаторы и блок логики, а также часть источников питания»

Как отмечено в решении Регионального семинара по изо-

ШЮК-СХЕМЛ УСТАНОВКИ С ВРЕМЕННО* СЕЛЕКЦИЕЙ ИМПУЛЬСОВ

Рис.2

БЛОК-СХЕМА УСТАНОВКИ ДНЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ 14С tí4C)B НЕСКОЛЬКИХ ОБРАЗЦАХ

топно-геохимическим исследования?.! в Прибалтике и Белоруссии (Таллин, декабрь .1972) подобнее радиоуглеродное устройство было осуществлено впервые. Основы, заложеннкэ з принципиальной схеме установки, послужили для далькзйге: исследований, в результате которых была предложена узтодй-ка счета ""С при изучении его вариаций (гл. I).

Установка для измерения концентрации ^С ( А^С) в нескольких образцах. Большинство существующих отечественных установок для измерения радиоуглерода предназначено для измерения одного образца. При этом обычно проводя? последовательное измерение фона, эталона и образцов по различным схемам. Такая методика измерений страдает цели рядом недостатков, отмеченных вше.

Созданная установка (Векслер и др., 1978) в известной' мэре свободна от вышеизложенных недостатков. Па рис. 3 представлена блок-схема установки, которая состоит яз рзхканального детектора, включающего з себя че-тггрз 5ЭУ с усплитедггш и четьфехезкцио'нну» кювету, систем дчеатегм!-наторов, селекторов га,¡пульсов по длительности £ Г I -Г»), схем совпадений (CXCI-CXC4) схем снигсовпалегггй CCiCI-САС4), генераторов световых импульсов (ГСЯ), блоков упвао-дс-нля !1сточннка;я шеокого напряжения (БЛ!ЗН5, ¡тстостаоз высокого напряжения (КВН), дисплея и счетчиков результатов.

Каждый £ЭУ просматривает сразу две сем$», T«i« §ЭУА проскатривает езэдга I и 2, ФЭУВ - секции 2Т3 и 2«код-ной сигнал каждого ФЭУ через усилитель поступает ия. пять дискриминаторов, три ад которых необходимы для выделения полезного сигнала, два - для коррекции коэффициента усило-гшл соответствующего измерительного канала, С;'г!'.г.":;: о гьгео-дов дискриминаторов поступаю? далее на схе?.5ы совпадений, зыходкой сигнал которых и определяет события, происходящие э той или ииоЧ секции кюветы. Далее, получежкй сигнал пед-гзргается дополнительной обработке, е. именно проходит через селектор импульсов по длительности и через систему схем антисовплдениЗ. В результата н» соотвотствуктай счэтчик поступает сигнал только в том случае, сели одновременно имелся сигнал на насоде двух смежных 5ЭУ, если этот сигнал лепит в задсишсм "окне" как по амплитуде, так и по дяктель-

ности, и если в тот же момент времени нет сигнала на выходе какого-либо третьего ФЭУ.

Блок логики установки позволяет работать в трех основных режимах: а) каждый ФЭУ видит две секции одной кюветы и все ФЭУ работают по системе взаимных совпадений; б) два ФЭУ просматривают одну кювету и работают на совпадениях (эквивалент двух двухканальных независимых установок); в) кшедый ФЭУ просматривает по одной кювета (эквивалент четыре?. одноканальных независимых установок). В любом режиме возможно использование как обычных кювет, так и кювет с защитными сцинтилляторами. Установка снабжена электронными часами с выдержкой времени измерения от I сек до 100 сек и от I мин до 100 мин с ручным или автоматическим управлением» Часы управляют работой счетчиков результатов и ЦПУ. Установка полностью изготовлена на базе интегральных схем по бяочно-модульному принципу» Детектор изготовлен в виде выносного экранированного блока, который помещается в пассивную защиту. В установке предусмотрен детектор, позволяющий использовать различные типы сцинтилляторов и фотоумножителей, а также различные виды кювет.

Простая прецизионная установка для счета Применение в установке дискриминаторов на переключателях тока позволяет использовать "быстрый" усилитель с временем нарастания импульсов, приближающихся к длительности рабочих импульсов на выходе ФЭУ= Вследствие этого коэффициент усиления меньше, вышэ помехоустойчивость, одновременно снижается вероятность наложения шумоьых импульсов ФЭУ (Векслер и др., 1979)о

Параметры установок. Параметры установок, определяемые из многократных измерений фона и эталона, вычисленные аппаратурные ошибки, значения возраста приведены в таблД (СЫс сл. е.).

Основным методом контроля получаемых результатов служат1 регулярные перекрестные анализы между различными лабораториями (Векслер и др., 1971; Векслер, Пуннинг, 1983). Полученные данные, свидетельствующие о хорошей согласованности датировок, позволили по ранее замерзнним образцам опробог&гь прадлагйэцуа методику счета показав ее во-

Таблица I

Параметры установок

Количеств..1 { Скорость¡Дппап |пРедольныЯ

=

г | j имп/мин j ' I <° ¡час) лет

1,62 с времен. 1,08 65 0,15 39 200

селекцией

4,06 импульсов 1,22 65 1,15 45 600

4,86 одно- 3,24 30 0,56 42 000

канальн.

1,26 для измер. 1,04 70 0,25 48 600 нескольк.

4,9 образцов 1,04 70 0,25 48 600

R без калибровки по внешнему стандарту.

эможности при значительном сокращении времени регистрации.

Глава 3 посвящена разработке и аттестации комплекта стандартных образцов (СО) для радиоуглеродных измерений.

Определение содержания.радиоуглерода в образце производится методами сравнения с эталонными образцами в аналогичных условиях измерений. Следует отметить, что детектирование производится совместно с фоновым излучением, вызывавши космическим излучением и радиоактивным излучением материала детектора счетных установок.

В отечественных лабораториях в качестве активности углерода используют древесину различного возраста, либо приготовленный активный счетный препарат. Принятые значения активности этих образцов в различных лабораториях различны, также отличаются активности образцов различных партий NflS-стандарта - щавелевой кислоты, что приводит к ошибкам в определении содержания образцах, и затрудняет со-

поставимость результатов.

Следует отметить, что погрешность радиоуглеродного.метода датирования среди прочих причин обусловлена возможностью загрязнения образца в процессе применяемой технологической схемы обработки, как активным, так и неактивным углеродом. Тогда для обнаружения возможных загрязнений СО должны быть в виде готового.счетного вещества и в виде исходного материала. Стандартные образцы в виде исходного материала участвуют в проверке технологической схемы полу-

ценил счетного вещества. Наличие и применение в радиоуглеродных измерениях комплекта СО позволит осуществить метрологическое обеспечение (Векслер, 1987, VtKi-fti nt е/. ,1988).

В работе представлено обоснование выбора материала для создания стандартных образцов активности углерода и фона, реиехш физические и методические вопросы аттестации.

По результатам выполненной метрологической аттестации Подстандартом СССР утверждены в качестве Государственных стандартных образцов удельной активности углерода и внедрены в большинстве отечественных лабораторий четыре стандартах образца.

Как отмечено в решении Всесоюзной школы-семинара "Методы изотопной геологии" (Звенигород, декабрь 1987) данная разработка выполнена на международном уровне.

В четвертой главе исследованы методические аспекты определения вариаций концентрации в возрастном интервале, превышающем диапазон дендрохронологически датированной калибровочной кривой, дана интерпретация причин, ответственных за обнаруженные вариации.

Для уточнения радиоуглеродного метода в более далеком провяом предложено датировать один и те же объекты методами, генетически несвязанными с космическим излучением и по 14С (иекслер, 1976).

Показано, что вариации содержания ^С можно обнаружить при детальном палинологическом и радиоуглеродном излучении •образцов в послеледниковое время (Векслер, 197?) или при изучении объектов, геологически с о от в ет ст вухщих периоду перехода от поэднеледниковья к послеледникосью (Векслер, IS8I).

Нике представлены полученные практические результат. Анализу подвергалась древесина из различных географических регионов СССР (Латвии и Сибирь). Древесина из Латвии, содержащая 60 годичзшй колец, залегала в толще аллювиальная: отяохший, имещих по данным палинологического анализа ECCUia характерный состав спор и пыльцы, свидетельству!j-Ц1И об оОр&зовздш: отложений в позднеледниковых условиях (Ьбксдср, Стелле, 1936), отраггящкх средаеаллередское по-Si«oahh::c. Анализ по ^С общего среза ствола дал возраст

10520-190 лет, что не соответствует возрасту по геологическим данным. Результаты измерений содержания 14С (Векслер и др., 1979) в блоках по пяти колец, представленные на рис. 4А, показывают значительные вариации в концентрации радиоуглерода. Обнаруженные вариации носят неслучайнкЗ характер и имеют отклонения от нулевого уровня почти 10%, что значительно превосходит погрешность измерений 1%.

Учитывая это обстоятельство, а также, что кольца древесины правильно отражают содержание радиоуглерода з атмосфере Земли независимо от географического местопроизрастания, нами предприняты попытки обнаружения аналогичной древесины в другом регионе. Такой ствол сосны, росший на поверхности надпойменной террасы аллювиальных отложений при резкоконтинентальном климате на рубеже верхнего плейстоцена - голоцена, обнаружен был в Забайкалье. Возраст его по

оказался I1840^250 лет. Изучалась (Векслер и др., 1968) концентрация радиоуглерода в 80 годичных кольцах шагом 23 года. Кривая (рис. 4Б) также свидетельствует о значительных вариациях радиоуглерода в прошлом.

В таблице 2 представлены результаты по измерениям концентрации радиоуглерода, полученные при послойной пгиппологическом и радиоуглеродном изучении послеледниксшх отложений в интервалах резкого изменения климатических условий (Векслер и др., 1979).

Также представлен обширный материал из различных географических регионов Северного полушария: результат« радиоуглеродного и уран-иониевого датирования, радиоуглеродные датировки дендрохронологической древесины, результата послойного датирования голоценовых торфяников и псзлделед-никошх отложений, подтверждающий обнаруженные наич вариации концентрации С в возрастных (по С) интервалах около 8 тыс. и 10,5 ь 12 тыс. лет назад.

В данной главе рассмотрено проявление вариаций космических лучей в радиоуглеродных данных. Зависимость скорости образования радиоуглерода (® ) от энергетического спектра космических лучей определяется следующем выражением:

?I <я) <*) ^

Таблица 2

Результата определении возраста в пробах; торфа

Интервал отбора,сы

Бозсаст образца 14г

1

по

X,

лет

Лабораторий! Содержание номер ! пыльцы одлхн,

145-150 155-160 165-170 170-175 175-180 180-190 ¡90-195 195-200

4960 5750 6330 5690 7000 8150 750О 7160

180 150 130 160 190 240 170 280

кт а: Ш кг

йг ЙГ

160 161 164 183 182 180 179 181

225-230 10200 £ 230

«г - 154

2,0 15,С Г>4,0 50,0 20,0 10,0 5,0

где: - первичный споктр ядер сорта / „ Л - жест-

кость обрезания первичных шеищ на широте, п*;(П) -- выход полного числе. атомов на падающую части?.

Дня выявлен::я особенностей влияния геодезических я астрофизических явлений на содержание а дьткроргаг-пк образцах иссчедодадся вид корреляционной связи меоду иэучае-?лкгк явлениями и оодерашнем радиоуглерода в атмосфере Земля в прошлом«

Для получения геофизической, астрофизической;, экологической и формации на радиоуглеродных данных кеосхсд;;ио знать отклик углеродообменного репертуара на изчане,-^ скорости образования ^С в атмосфере Зомли. В результат обменных процессов внутри углеродного резервуара в рад» янчнкх его пастях устанавливаемся характерный временной ход концентрации радиоуглерода, содержаний ннформгциа яая о свойствах входной функции (вариации космических лучей на зериине атмосферы), так и о яьлзшшх в атмосфере,, биосфере я гидросфере» Вариации Л т'С ногу я тая» место и при постоянной скорости образования " "С, если шеег-ия ьи^шо-нпе во кречесл; какого-либо обменного ¡^р^.пч^л ¡и,1 уравродоеодераащёго резервуара. Дьй»вльлс?б изменения, обусловленные солнечной акт^гаосуьо,. СКОЙ деятельность» и ДО- причиняя, КС1гVе г^.'.ОлХШ

атмосферного содержгиия, шося определенный вклад в ( / ) в холодные ледниковые и послеледниковые периода, характеризуйте ся резким изменением температуры и среднего уровня океана, площади льдов, циркуляции вод Мирового океана и т.п. При изменении какого-либо "климатического" об-иеётого параметра модели вариации ( Т ) устанавливается через характерное динамическое время. Причем мевду входной и выходной функциями существует определенный фазовый сдвиг.

Зависимости скорости образования от причин, вы-

зывающих вариации радиоуглерода использованы нами в конкретных расчет?«: при интерпретации полученных данных. Рассмотрены следупцие вопросы: концентрация ^С и сверхновые звезды, геомагнитное поле и радиоуглерод, климатические эффекты, солнечная активность и радиоуглерод.

Концентрация и сверхновые звезды. Трудности идентификации связаны с редкостью кратковременных я сильных возрастаний интенсивности космических лучей в районе Земли. При взрыве сверхновой генерация космогенных изотопов в различных телах солнечной системы должна иметь место как под действием космических лучей, так и за счет гамма-кван^оа, сопровождающих взрыв. Одновременная регистрация обеих компонент позволяет определить Бремя взрыва, расстошше до сверхновой и полную энергию космических лучей.

Полученные над»и результаты по измерению содержания б кольцах древесины из Латвии дали первое указание на импульсное возрастание концентрации космического изотопа в атмосфере Земли (Векелер и др., 1979) на короткой пкалс времени. Характер зтих вариаций свидетельствует в пользу импульсного механизма возрастания скорости образования*^ е атмосфере Земли. Поэтому в качестве возможных источников оти/ вариаций нами были рассмотрены сильные солнечные вспышки и у -компонента от взрыва близкой I .ерхновой звезда. Интересно, что на фоне монотонного увеличения скорости образования "^Ве, а следовательно, и увеличения интенсивности космических лучей примерно в два раза за 30 тыс. лет имеются дангше в интервале времени 12 + 15 тыс.лет назад с увеличенными значениями интенсивности космических лучей. Такое возрастание может быть результатом взрыва сверхновой

в радиусе 100 парсек примерю 15 тыс. лет назад с полюй энергией космических лучей Е = 10^ эрг.

При сопоставлении этих данных с результатами по I4q следует отметить, что при определении возраста радиоуглеродным методом, предполагается, что скорость образования радиоуглерода в атмосфере Земли в прошлом была такая же, что и в настоящее время. Если в прошлом скорость образования была больше, то радиоуглеродный возраст должен быть меньше истинного. Поскольку по данным по Be интенсивность космических лучей 10-20 тыс. лет назад примерю была а два раза киле, то истшшый возраст нашей древесины будет около 15 тыс.лет (Еекслер, Стелле, 1980). В пользу этой гипотезы говорят экспериментальные данные, обнаружившие увеличение содержания ^С в сталагмитах примерно в это же время.

На основании представленных данных можно сделать вывод о тем, что около 15 тыс.лет назад недалеко от солнечной системы взорвалась сверхновая звезда, которая привела к vu-пульсному и монотонному возрастанию концентрации космоген-ных изотопов в телах солнечной.системы.

Геомагнитное поле и радиоуглерод. Проверка предложенной методики выявления вариаций С при совместном палинологическом и радиоуглеродном изучении образцов (Векслер, 1971} проводилась на голоценовых торфяниках, имевших гоз-раст, соответствующий интервалу калибровочной кривой, построенной по годичным кольцам. Образцы торфа охватывали как области максимальной, так и минимальной напряженности шля.

Определенный нами возраст образца, соответствующий izi-тервалу 155-160 см, по составляет 5750 - 150 лет ( -161). Образец находится непосредственно над контактом с образцом, возраст которого составляет 6330 - 130 лет. Возраст образца Дг - 161 с поправкой по калибровочной пкале составит 6300 лет, а сам образец палию логически характеризуется полным отсутствие« «А.«.i , что свидетельствует о более холодных климатических условиях. Посколысу это? период вреаени приходится на глубокий .'шнииум геомагнитного поля, когда поток гсоазгеескж лучей, достигаемое атмосферы 3e;tni значительно увеличился, то долгио возрастать и содергзииэ радиоуглерода, приводящее к омологгзцкэ

возраста земных образцов. Кроме того, в период минимума геомагнитного поля на уровень содержания радиоуглерода начинают играть важную роль эффекта солнечной активности. Так 80-90-летний цикл солнечной активности может иметь амплитуда' до А% (Векслер и др., 1979), т.е.на временной шкале в сотни лет вссмо;.'зш отклонения радиоуглеродного возраста от истинного до 300 лег.

На & ^С долины оказывать влияние и инверсии магнитного поля. Кроме инверсий.поля Земли иаблодзлтся и кратко-сраженные его экскурсы. Экскурсы сбычно трактуют как крат-ковреме;шуп швэрсию геомагнитного поля, пред с тавлящу ю собой незавершенные или полные кратковременные икьсрсик поля с возвратом к первоначальной полярности поля« Б разных точках земного пара обнаружены экскурса во Еремгашыя интервалах 11500-135000, 17000-23000 , 30000-50000 лет тому назад и т.д. Поодол.тителькость экскурсов оценивается в основном до первых тысяч лет, но шгютск данные о длительности экскурсов всего в несколько сотен лот. Однако экспериментальные дшшые об экскурсах геомагнитного поля ке лозволя--ш пока однозначно ответить на вопрос о региональном или глобальном характере того или иного экскурса. Согласно вероятностной модели Кокса более короткие интервалы иолярюсги должны появляться более часто, что качественно подтверждается сообщениями об обнаруженных экскурсах. С другой стороны, естественно, что более короткие интервалы полярности фиксируются горными породами с меншей вероятностью и шьемся болызая возможность нх пропуска.

Обнаруж'зшая нами в интервале 175-180 см крупная ьа- ■ риация Л ( т 10^) может свидетельствовать о еояыояьоы кратковременном экскурсе (инворекм) магнитного поля. Следуя моделям процесса инверсии* можно оценит», что столь бо-льпее изменение.- концентрации С может к .еть место при длительности инверсии в 100-200 лет, на что ранее не обратилось внимание. Полученные даты? хорошо согласуются с результатами по измерению концентрации в годичных ксль-ц£д деревьев в район-з 8000 лет иазад, а также по увеличении содержания С б озерных отложениях е это время, г.од-тЕеркда^тгя сопоставлением значений концентраций С в

14п

древесных кольца:: с рассчиташказд значениями С по ден-твл об изменениях геомагнитного поля э прошлом.

Следовательно» если в это? момент времени магнитное поле Земли притерпело инверсию,, и если длительность инверсии была сравнительно короткой, то на фоне монотонного изменении геомагнитного поля долгий появиться вариации а

узедичиваыцие отклонение радиоуглеродного возраста от истинного в сотни лет.

Климатические эффекта, солнечная активность и радиоуглерод С ^ ^С). Как уяе отмечалось,, вариации Д ^ возмсзнн к при посто.'зиой скорости образования ^С, у.е. за счет изменения климата и могут быть заметными,, что осо-бенио додало проявляться в холодные ледниковые и послэдэд-нккоше аериоды,,

Представлен материал, показывающий, что з интервале 11-18 же,ле? назад наблвдались реэкио изменения оснонгет клка£.ткческиж параметре с - таких как температуря и среднего уровия океша, площади льдов, циркуляции вод Мирового оиэана9 изменение объема глобальной б::окасси, колебания вулканической деятельности и

Псказгно влияние солнечной актишости на коггчентрзцк^ не только путем иодулщии интеисишостк косшгеесхих лучей „ но н через изменение температуры. Вариации теыаерату-рн когу? изменять скорость ойшга кежяу различии« тютюю углеродного резервуара к, следовательно, просяной х.с£ кегг-цектрщки рэдизуглзрода.

С учетоа й!£зе?1элолеиного проэедспа гатергпетацяя етя-вяенных вариаций Д С э древесине, прскзраст;етгй а ЗоЛдй-хальзо Ожетзд, чго данное дергсо кро:*зр?,егало ка созмгсзоЗ экешзгщяд яра резкоконтинентальном кжтте на рубе:.-з пер-ггего гу^стоцена-голоцеаа. Джине пртфоста дпг? этой дре-везйнн аналогично геологическим сгцдете.тастзу»? о резких кягвеетачвкгаг изменения^ происходящее в грзкл. Хсг, кезцеетрацкв "С находится а противогазе г, прироста:,^го ссотя?гс?зует устздовлениоцу« Покгзшэ, «.»-о мсзе&мльАоо игшг«Ег»<з гсоэфрйщенга о<зиаа& а&щу агийо^хи -л гл-лй-я вря ксаененз'.з кокцел^ргцтз рад-£с углерод а .г-.;- цэж-л »«лг?г>ся п иа^коль::» рлз, -"-о с.'.'.' V.

ставлениям. Однако представленные данные с резких климатических изменениях, могущих происходить в это возрастное время и ряд данных по возрасту одних и тех же образцов (полученному по методам неравновесного урана и уд-

ивлению верхних слоев и "стоянию" радиоуглеродных дат при послойном датировании позднянлейстоценовых отложзний подтверждает полученные результаты и свидетельствуют в пользу объяснения выявленных вариаций за счет цнкличзских процессов солнечной активности, геомагнитного поля Земли, атмосферных процессов в отдельности или совместно друг с другом. Но и здесь но без трудностей, т.к. дане после вычета 10% ь Л 14с от тренда геомагнитного поля Земли амплитуд«* вариаций остается ?.0/о и темп вариаций 1% в год. Если пер-ьсисточником считать солнечную активность, то такой темп и амплитуду вариаций иожно объяснить, если коэффициент ослабления углеродно-обменной системы в это вренл бич в 1015 раз меньше, чем сегодня.

В пятой глапо показано применение рад ноу г.че родне го метода в геоскояогических и геохрокологкческих «сслздивздияк.

Проведены и обоснованы корреляция паягогсографзческ»: событий м палеоэкологических условий позднего ллейсз'оцзаа и голоцена арктического шельфа (Безродных, Векслер к др., 1985), разработана гсохронологическая шкала поздно- к шзс-лехедниковых отложений Средней Прибалтики (Стелле, Савваи-70В, Векслер, 1972;'Стелле, Саввиитов, Век^лер, 1975). Полученные по датировании результаты на-лли отражение у б рз-ыэнчи ряда вопросов, имеющих нарсднохозяйстчинноо значение: построенные возрастные региональные схелы для дитолого-атратигр&флческого расчленения отложений в кефтогазоперс-пзктивных районах арктического шельфа (Стелле, СавЕсиг»овг йл^слор, 1984), установлена скорость накопления торфа (Стоя-жэ, Савкаитов, Векслер, 1974; Векслер, 1984), являвшегося 70т1ивнкм и минеральным сырьем нп территории Латвии.

Материал по датированию раа.чкчнь'х палеогеографических событий позднего плейстоцене и голоцена для отложений территории Латвии (Стелго, Векслер, Соглиныс. 1987; Стелле, Л гаи ¡с, 1055), акватории шельфа Советской Арктики

(Гатаулиш, Векслер и др., 1987), а также получе:шыэ результата по радиоуглеродной изученности рада районов Восточной Сибири (Кульчицкийс Векслер» Шулкя, 1976), п-ова Камчатки к акватории Сахалинского залива позволил выявить характерные планетарные, региональные и локальные явления в поведении природной среда з различные геологичезкне отрезки времени.

Климатические условия, соответствуйте ледаикэЕоыу периоду характерны для временного (по интервала 20-13,5 тне» лет назад, причем для шельфа Арктики его верхняя граница приходится на 12 тысо лет, а для акватории Сахалинского залива и территории Латвии она составляет 13,8-13,3 шт. л8?о В пределах б тыс. лет н 3 тыс. лет назад также по б>-• дьшинству отмеченных районов наблодается отсутствие датировок, свидетельствующих о плохих климатических условиях® Интервал: времени от 4 тыс.лет до 3 тыс.лет характеризуется отсутствие/1 торфа и появлением древесины, вначале в Латпил, а позднее в Сибири.

Интенсивное оездконакоилекие в позднем плейстоцене характерно по шельфу Арктики, п-ову Камчатка ш Сибири для 40-39 , 32-31 ■р.л.н.» а его незначительное проявление наблюдается 37-35р 33-32, 29-28 а 27-26 т.л.н»

На эпоху голоцена приходится большинство датировок. Интенсивнее осадконакопление проявляется 10,5-7,5 т.я.н. по Арктическому шельфу и 10,5-6,4 т.д.н. для территории Латвии. Наблюдается яшал тенденция более продолжительного времени осадконакопдения для территории Латвии. Следует отметить, что по Арктическому шельфу интенсивность оездконакоплегая 10 т.л.н. была больше для восточного побережья, 8-7 т.л.н. больше для западных районов, а 9-8 ТоЛ.н. скорость осадко-накопяения рашомерна для западных и восточных районов.

Устеиозлеио, <зтс торфообраэовакие на территории Латвии происходило неравномерное однако начало бореляшого этапа для республики характеризуется интенсивнны это ншеоплегпгек. Дел территории '{£.чча?ки зштенсивное накопления торфа пуихо-дагся на более поздний период - приблизительно 7 т.л.и., что, бозмолю, со'ъясняется вулкегагеескоК деятельность» про-етего.

Полученные радиоуглеродные датировки не только дают возможность охарактеризовать осадконакопление по различным районам Арктического шельфа, ко подтверждайг повсеместность проявления в последнее позднеплейстоценовое межледниковье обширной трансгрессии, позволяющей отнести максимум уровня моря к периоду 35-32 т.л.н., а одно из важнейших событий голоцена - достижение морса современных отметок -- отнести к периоду 4-4,5 т.л.н. (Безродных, Векслер и др., 1986).

Радиоуглеродное датирование поздне- и послеледниковых отложений и корреляция отдельных клнматостратиграфических гранщ и палиноэсн в целом для территории Латвии не противоречат установленным аналогичным границам в смеаиах территориях и на Западе Европейского континента. Анализ радиоуглеродных и палинологических данных показывает, что имевшие мосте климатические изменения в поздне- и послеледниковое врсия происходили в пределах рассматриваемой территории одновременно. С другой стороны смена растительности, в веду особенностей экологических условий и динамики перемещения отдельных компонентов, протекала в различных районах неравномерно 0 Последнее дает возможность выявить ряд локальных закономерностей, таких как оценка возрастной гранмцн между бореальшм и атлантическим горизонтами (для территории Латвии, возраст которой определен в 7,3-7,5 т.л.н., г то врат, как для прилегающей территории эта граница датируется 8,С т.л.н.К (Стелла, Сеглиньш, Векслер» 1987) и др.

Обобщенный анализ радиоуглеродных датировок свидетельствует о чередовании и корреляции на обширней террягорш благоприятных и неблагоприятных климатических усковий к позволяет последовательно выделить планомерное проявление мелшедаиковья, предледниковья, ледникового периода и после-яедниковья, а также характеризует региональные и локальные особенности проявления климата. (Вщ^гр, и^гх

В шестой главе рассмотрены возможности восстановления магнитного момента Земли в прошлом. Для расчетов скорости образования ^С для определения временннх интервалов использовались денные предццуцих двух глав, а также данные по скорости образования Ве. Изменения в А С определялось по изменению возраста для определенного возрастного интервала от-

носительно инверсий в радиоуглеродных датах» либо относительно возраста, определенного по ^С и методам неравновесного урана. При интерпретации данных по <£>, С для ряда возрастных интервалов учитывался вклад от выявленных ранее астрофизических и климатических событий. Кроме того учитывались следующие киоменты;

~ вклад s скорость образования ^С от вспьпжк сверхновой: теоретические расчеты для g} ^С сравнивались с данными для Ее?

- зависимость меяду скоростями образования ^С и

- опенки вклада в ,£>, С б климатических условиях, близких к максимуму оледенения.

Полученное среднее значение магнитного момента 8,6x10^ СГС для последних 10 тыс.лет хорошо согласуется с данными ар-хеомагнитной изученности, а в интервале от 10 до 25 тыс.л-зт имеет более низкое значение « 3,6x10^ СГС (ркс.5) СВекслер5 1988).

ГЕОМАГНИТНА' MOnSHT НА НЙШВ ¿о ТХ.ДКТ t1'!0iS'.ri

Рис, 5

Предлагаемым методом главное колебание з изменении 1-лг-иитного момента Земли спзиеко на только по амплитуде, но « по периоду (7,8-8,1 тис» лет) и форм© (пилообразная крччая). На фока -«того колебания ¡¡тройлз&нй&этся ряд крахковозмегЕпк изменений, которые иояко, предположительно, отнести к экскурсам МПЗ, осениз их как явлг^зе глобальное•

выводы

I. Благодаря комплексному подходу повышена достоверность определения радиоуглерода в природных образцах. В частности, проведены следующие методические разработки:

1) впервые в СССР разработана методика регистрации и создан комплекс установок для высокоточного определения концентрации радиоуглерода, включающий:

- установку с дискриминацией фона от космического и Бнеч»:его радиоактивного излучения посредством временной селекции тапульсов на одном фотоумножителе с эффективностью регистрации 14С ~ 6Ь%„ % А •т."1»

- .установку для одновременного измерения радиоуглерод« в нескольких образцах практически исключающую влияние непостоянства фона от космического и внешнего радиоактивного излучения и обеспечивающую единство условий измерения образцов (эффективность регистрации ^С ~ 70$, 0,2$).

2) предложен метод оптимизации процесса измерения и обработки результатов,. обеспечивающий требуемую точность измерений при значительном сокращении общего времени регистрации одноканальными счетными установками;

3) разработаны и аттестованы впервые в СССР Государственные стандартные образцы активности углерода, позволяющие выполнить метрологическое обеспечение процесса лзмерения радиоуглерода;

4) предложенная методика выявления крупных вариаций радиоуглерода в далеком прошлом, позволяет уточнить радиоуглеродный метод датирования. Установлены возрастные интерзалы 7-8 тыс» лет и 10,5-12 тыс. лет, содержащие крупные вариации концентрации радиоуглерода.

И. Реконструированы по выявленным вариациям С некоторою астрофизические, геофизические и клкигтическиз явления в лрешюм:

1) впервые измерена концентрация радиоуглерода в годичных кольцах деревьев возраста более 10 ть'с. лет из различных ^еогргфических районов. Обнаружены как импульсное возрастание, так и значительные колебания концентрации космогенного Уаотогс в атмосфере Земли, ответственными яэ которые могут

быть взрыв близкой сверхновой звезды, мощная солнечная вспышка и резкое изменение характеристик углеродообменной системы в конце позднелодникового времени.

2) во:становлен ход магнитного момента на шкале 25 тыс.

25

лет: для главного колебания оценены амплитуда - 8,5x10 СГС для последних 10 тыс. лет и 3,6x10^ СГС для 25-10 тыс. лет; период - 7,8-8,1 тыс. лет; форма - пилообразная кривая. На фойе главного колебания в изменении М прослеживается ряд кратковременных изменений, которые, предположительно, можно отнести к экскурсом МПЗ, оценив их как явлений глобальное.

3. В области геоэкологии и геохронологии решены следующие задачи:

1) датирование поздне- и послеледниковых отложений Средней Прибалтики дало зозшгаюсть оценить возраст хронострати-графическик палинологически обоснованных этапов рубежей юз-дне- ч послеледникового времени. Создание радиоуглеродной шкалы голоценовых и- плейстоценовых отломений позволило еы-' явить абсолютную хронологию климата территории Латвийской ССР;

2) датирование псзднечетвертичкых отлокений Арктического побереяьл позволило изучить изменение климата и растительности а конце плейстоцена и в голоцене и провести корреляцию стратиграфических интервалов взрхкеплейстоценовых и голоцекових отложений шзльфовой зоны Арктики;

3) применение ^С для решения народнохозяйственных задач нашло отражение в:

~ составлении геохронологической основы для литологост-ратиграфичелких схем районов проведения инженерно-геологических работ на нзфть и газ;

- изучении скорости чакочления торфа, являющегося топливные и утиральным сьрьё?^ т территории Латвии, что даёт возможность для прогнозирования подсчета его запасов, а вы-яплзнная ритмичность в осадкообразовании позволяет дать основу для долгосрочного прогнозирования климатического хода;

4} уссгноьлен планетарный, региональный н локальный характер ^ас17рсд?ге:г:'!я радиоуглерода з природной среда в прсп-лон.

4. Практическая. ценность работы состоит таяжв со шэд-

зг

рении разработанных методик, аппаратуры, стандартных образцов и геохронологических шкал в 14 научных и производственных организациях:

1) предложенная методика и разработанная аппаратура для одновременного счета С в нескольких образцах внедрена в организациях, участвующих в комплексной общесоюзной проблеме "Астрофизические явления и радиоуглерод" и в рлде других организаций;

2) государственные стандартные образцы удельной активности углерода внедрены в большинстве радиоуглеродных лабораторий страны;

3) создание радиоуглеродных шкал гоздне- к послеледниковых отложений Средней Прибалтики и составление геохронологической основы для литолого-стратиграфических схем районов проведения инженерно-геологических работ на нефть и газ нашло применение в ряде производственных организаций;

4) экономический эффект от внедрения ряда разработок в 1987-88 гг. составил ¿32 тыс. руб. Ожидаемый экономический яффект от разработок, принятых к внедрению на период 1988/ 90 гг. составит 150 тыс. руб.

5. Даны предложения по перспективам исследований, дальнейшее развитие которых предполагает:

- выявить интервалы, содержащие крупные вариации ^С с целью определения дат катастрофических событий прошлого, в первую очередь возрастных интервалах, где наблюдаю.ся скачкообразные изменения природной среды (29-35 тыс. лет назад);

- продлить варвометрическую шкалу за счёт совместного определения ^С и Ве в ленточных глинах;

- изучить вариации магнитного поля Земли в органических отложениях по данным комплексного палеомагнитного, радиоуглеродного и палинологического анализа.

Основные результаты представленной работы опубликованы в следующих научных статьях:

I. Модернизация радиоуглеродной лаборатории ШКморгео-и некоторые результаты межлабораторного контроля по датиро-

ван/о образцов (в соавторстве с Б.Д.Путане, А.С.Савваитовым // Радиоуглерод. - Вильнос: АН СССР, 1971. С. 125-129.

2. Исследование фотоэлектронных умножителей ФЭУ-81-А и ФЭУ-93 // Радиоуглерод. - Вильнюс: АН СССР, 1971. С. 149153.

3. Некоторые результаты работ лаборатории ВНИИиоргао по увеличению надежности измерений активности природного радиоуглерода (в соавторстве с В.Я.Стелле. А.С.Савваитовым // Известия АН ЭССР, сер. химия, геология, 22, 1973. -

С. 80-62.

4. Оптимизация процесса измерения активности 14С и обреботка результатов // Известия АН ЭССР, сер. химия, геология, 23, 1974. - С. 85-87.

5. Возможности повыпения чувствительности установок для счета естественного радиоуглерода // Труды У Всесоюзного совещания по проблеме "Астрофизические явления и радиоуглерод". - Тбилиси: ТГУ, 1974. - С. 267-296.

6. Способ повышения точности измерения концентрации естественного радиоуглерода // Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Методические исследования в области абсолютной геохронологии". - М.: АН СССР, 1976. - С. 79-еС.

7. Проверка достоверности определения активности естественного 14С (в соавторстве с Б.Д.Путанс, А.В.Авдеевым)

// Дендрокличатохронология и радиоуглерод. - Каунас: АН СССР, 1972. - С. 319-320.

8. Сцяктилляцяонная установка на интегральных микросяе-мах для измерения активности естественного радиоуглерода (в соавторства с А.А.Кристин)// Дендроклиматохронология к радио-улерод. - Каунас: АН СССР, ¡972. - С. 317-318.

9. Электронно-графический регистратор (в соавторстве с А.А.Кристин)// Труда У Всесоюзного совещания по проблеме "Астрофизические явления и радиоуглерод4. - Тбилиси: '1ГУ, 1974. - С. 27У-283.

10. Установка для измерения концентрации естественного радиоуглерода одновременно в нескольких образцам 'а соавторства с В.Л.Дергач;2Вьи.1, Г.Е.Кочаровн»», А.А.Крксткн)// Труды УТ. Всесоюзного совещания по проблеме "Астрофизические явления

и радиоуглерод". - Тбилиси: ТГУ, 1978. - С. 273-278.

11. Результаты межлабораторного контроля радиоуглеродного датирования (в соавторстве с Я.-М.К.Пуннингом)//' Изотопно-геохимические исследования в Прибалтике и Белоруссии. -Таллин: АН ЭССР, 1988. - С. 16-23.

12. Методические вопросы метрологического обеспечения радиоуглеродных измерений // Экспериментальные методы исследования астрофизических и геофизических явлений. - Л.: ЛИЯФ, 1966. - С. 84-91.

13.Standard вацр1е of specific ucbivit;y/Vsluil.or V.» Sujerziiitsky b.,Arsluaov X.,Punning i'.-M.//TI&ciiocarbo:i,I983. Vol.30.H2.

14. О возможности уточнения радиоуглеродного метода датирования // Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Методические исследования в области абсолютной геохронологии". М.: АН СССР, 1976. - С. 80.

15. Концентрация радиоуглерода в годичных кочьцах древесины возрастом более 10 тыс. лет (в соавторстве с В.А.Дергачё-Bias, Г.Е.Кочаровым и др.)// Препринт ФТИ-621. - Л.: JIHfii, 1979.

- С. 6.

16. Космический фактор в радиоуглеродном нозрасте древесины из кярьара "Ракани" (в соавторстве с В.Я.Стелле/// Изотопно-геохимические исследования в При5алтике и Белоруссии.

- Таллин: АН ЭССР, 1986. - С. 36-41.

17. Концентрация радиоуглерода в кольцах древеоины поздне-плейстоценового возраста (в соавторстве с Л.А.Кристин, Э.И.При-еде)// Экспериментальные методы исследования астрофчзических

и геофизических явлений. - Л.: ЛШ4?, 1988. - С. 136-143.

18. О попытке обнаружения вариаций коц^нтрации радиоуглерода при изучении торфяников (в соавторстве с В.А.Дергачёвым, Г.Е.Кочаровым, М.Е.Вощилко)// Препринт ФТИ-622. - Л.: ЛИЯФ, 1Э7Э. - С. 6.

14

19. Корреляция по С палеогеографических событий позднего плейстоцена и голоцена в отдельных районах Арктики (в соавторстве с Ю.П.Безродных, В.Я.Стелле, Л.С.Сазваитозим)// Изотопно-геохимические исследования ь Црибалти.че к Белоруссии.

- Таллин: AU SCCP, 1986. - С. 6-12.

20. К обоснованна аОсолютной геохронологической икалу поз-днс- и послеледниковых отложений Средней Прибалтики (в соавторстве с Б.Я-Стелле, А.С.Саяваитовым)// Тезисы докладов методического симпозиума "Состояние методических исследований в области абсолютной геохронологии". - М.: АН СССР, 1972. - С. 54-57.

21. Абсолютный возраст хроностратиграфических этапов и. рубежей поздне- и послеледникового времени на территории Средней Прибалтики (в соавторстве с В.Я.Стелле, А.С.Савваитовым)// Состояние методических исследований в области абсолютной геохронологии". -и.: Наука, 1975. - С. 187-191.

22. Спорово-пыльцеьые спектры позднечетвергичных отложений у изменений климата и растительности района Чяунской гуО'ы в конце плейстоцена и н голоцене (в соавторстзе с И.Г.Вейнбергом, В.Я.Стебле и др.)// Палинология континентальных и морских геологических исследований. - Рига: Зинатне, 1975. - С. 119-131.

23. Стратиграфия к абсолютная хронология разрз.ш Сэлас-пилс (в соавторстве с Б.Я.Стелле, А.С.Савваитовым)// Труды У Всесоюзного совещания по проблеме "Астрофизические явления и радиоуглерод". - Тбилиси: ТГУ, 1974. - С. 351-356.

24. Применение радиоуглеродного метода датирования в геоэкологических исследованиях // Экспериментальные иетсды исследования астрофизических и геофизических явлений. - Л.: ЛЧЯФ, 1968. - С. 132-137.

25. Радиоуглеродное датирование поздне- и послеледниковых отложений Западной Латвии (в соавторстве с В.Я.Стелле, В.Л.Свг-лииьш)// Изотопно-геохикичоекие исследования в Прибалтике и Белоруссии,, - Таллин: АН ЭССР, 1988. - С. 195-206.

26. Стратиграфия и геохронология торфяных залежей Западной Латвии (в соаиторствз с Б.Я.Стелле, Э.Лац/ссм)// Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Геохронология четвертичного периода". - М.г АН СССР, 19&5. - С. 63.

27. Результаты абсолютного возраста по плейстоценовых отложений террас Средней Керинги (в соавторстве с В.З.'фивчиц--кш, К.С Шулия).// Современные исследования земной коры. - Иркутск: СО АН СССР, 1975. - С. 14-16.

28. О возрастной границе между поэдне-послеледникоБ!» временем // Тезисы докладов Всесоюзной ихолс-семанара "к'етз.ц изо-

топной геологии". - М.: АН СССР, 1983. -• С. 164-165.

29. Геохронология и стратиграфия всрхнечеиертичных отложений юго-западной части Карского мпря (в со&Еторсгве с В.К. Гатауялиным, Б.Я.Стелле, А.С.Савваитг.выы)// Тезисы докладов Всесоюзной школы-ссминара "Методы изотопной геологии", ч. П.

- М.: АН СССР, 1937. - С. 262-264.

30. О причинах повышения уровня Балтики в I половине XIX столетия (в соавторстве с В.Г.У.чст, И.Я.Данилансом)// Тезисы докладов Всесоюзной йколы-семинара "Метода изотопной геологии" ~ М.: АН СССР, 1987. - С. 296.

31. Проблемы расчленения и датирования отложений аллереда ни территории Латвии (в соавторстве с В.Я.Стелле, В.З.Сеглиньш) // Тезисы докладов Всесоюзной школы-семинара "Методы изотопной геологии". - М.: АН СССР, 1987. - С. 289-291.

32. Методы определения концентрации радиоуглерода и перспективы развития (в соавторстве с В.Оршденко, В.¡1.Шаховым)// Экспериментальные метода исследования астрофизических и геофизических явлений. - Л.: ЛИЖЬ, 1988. - С. 170-178.

33. Радиоуглеродные датировки лаборатории Всесоюзного научно-исследовательского института морской геологии и геофизики (в соавторстве с В.Я.Стелле)// Бюлл.комиссии по изучению четвертичного периода, № 40. - М.: Наука, 1973. - С. 176-179.

34. Радиоуглеродные датировки лаборатории Всесоюзного НИИ ыорской геологии и геофизики (в соавторстве с Б.Д.Путане, В.Я. Стелле)// Болл.комиссии по изучению четвертичного периода, № 43. -Ы.: Наука, 1975. - С. 210-2П.

35. Радиоуглеродные датировки лаборатории Всесоюзного НИИ морской геологии и геофизики. Сообщение Ш (в соавторстве с В.Я. Стелле, Л.В.Цыгановой, Э.И.Присде)/,' Бюлл.комиссии по изучении читвертичного периода, № 47. - М.: Наука, 19/7. - С. 152-156.

36. Радиоугле.р°ДНые датировка, выполненные в лаборатории аналитических исследований морских грунтов ВМНГ10 ''Союзморинж-гволо1'ичм. Сообщение 1У (в соавторстве о З.И.Приеде)// Бюлл. комиссии по изучению четвертичного периода, № 54. - М.: Наука, 1985. - С- 131-133.

37. 0 значительных вариациях концентрации радиоуглерода рс временных интервалах 6-7,5 и 12-10,5 тысяч пег назад// Г'ео-