Summary
Detta protokoll är för isolering av kvartskorn efter storlek för luminiscensdatering av sediment. Skisserade är fysisk rengöring och kemiska matsmältningar genom blötläggning sekventiellt iH2O2, HCl, HF och HCl igen för att isolera kvartskorn. Kvartsrenheten kvantifieras med mikroskopisk bedömning, Raman-spektroskopi och IR-utarmningsförhållande.
Abstract
Optiskt stimulerad luminescensdatering (OSL) kvantifierar tiden sedan mineralkorn avsattes och skyddades från ytterligare ljus- eller värmeexponering, vilket effektivt återställer luminescensklockan. Systematiken för OSL-datering är baserad på de dosimetriska egenskaperna hos vanliga mineraler, som kvarts och fältspat. Den förvärvade luminescensen med exponering för naturlig joniserande strålning efter begravning ger en depositionsålder för många kvartära sedimentära system, som sträcker sig över de senaste 0,5 Ma. Detta bidrag beskriver förfarandena för att separera rena kvartskorn med ett känt intervall av partikelstorlekar för att underlätta luminiscensanalys med små eller enstaka kornalikvoter. Specifikt ges protokoll för nödvändiga data och tolkningar för effektiv OSL-datering av terrestra sedimentkärnor eller provrör från exponeringar. Dessa kärnor, 5-20 m långa i 1,2 m sektioner, är uppdelade på längden och kronskurna och lämnar 80% av kärnvolymen ostörd, vilket underlättar provtagning av ljusskyddat sediment för OSL-datering djupt inne i kärnan. Sedimentprover utsätts sedan för en serie fysiska separationer för att erhålla ett visst kornstorleksintervall (t.ex. 150-250 μm). Magnetiska mineraler avlägsnas i våta och torra tillstånd med hjälp av magneter. En serie kemiska nedbrytningar börjar med blötläggning iH2O2för att avlägsna organiskt material, följt av HCl-exponering för att avlägsna karbonatmineraler, följt av densitetsseparation. Därefter blötläggs korn i HF i 80 minuter och därefter i HCl för att endast göra kvartskorn. Den mineralogiska renheten (>99%) av kvartsextraktet kvantifieras med korn petrografisk bedömning och Raman-spektroskopi. Upprepning av detta kvartsisoleringsförfarande kan vara nödvändigt med sediment som innehåller <15% kvartskorn. Excitation av de renade kvartskornen med LED-härledd blå och IR-ljus möjliggör beräkningar av de snabba och IR-utarmningsförhållandena, som är mätvärden för att bedöma dominansen av luminiscensutsläpp från kvarts.
Introduction
Optiskt stimulerad luminescens (OSL) geokronologi ger tiden från den sista ljus- eller värmeexponeringen efter sedimenterosion, deponering och nedgrävning; och ytterligare exponering för ljus eller värme. Således reducerar naturliga sedimentära processer eller uppvärmningshändelser (>300 °C) den tidigare ärvda luminiscenssignalen till en konsekvent låg nivå. Under de senaste två decennierna har det skett betydande framsteg inom luminiscensdatering, såsom enstaka alikvot och kornanalys av specifika mineralkorn, som kvarts. Dessa experimentbaserade dateringsprotokoll med blå eller gröna dioder kan effektivt kompensera för känslighetsförändringar som induceras i laboratoriet, vilket gör OSL-åldrar för det förflutna ca 500 ka 1,2,3.
Silikatmineraler såsom kvarts och kaliumfältspat har varierande kristallgitterladdningsdefekter; vissa bildades vid tidpunkten för mineralkristallisering och andra på grund av efterföljande exponering för joniserande strålning, vilket resulterade i geokronometrisk potential. Dessa defekter är troliga platser för elektronlagring med fälldjupsenergier på ~ 1,3-3 eV. En delpopulation av inneslutna elektroner i gitterladdningsdefekter av kvartskorn är en källa för tidsdiagnostiska luminiscensemissioner med excitation med blått ljus. Således ökar denna luminiscensemission med tiden, över sol- eller värmeåterställningsnivån med exponering för joniserande strålning under begravningsperioden. Denna signal reduceras till en låg, definierbar nivå ("nollställd") med efterföljande solljusexponering med sedimenterosion, transport och avsättning. Denna luminiscens "cykel" förekommer i de flesta depositionsmiljöer på jorden och andra planeter. Således ger OSL-datering av sedimentära kvartskorn en depositionsålder, vilket återspeglar den tid som förflutit sedan den senaste ljusexponeringen med deponering och begravning (figur 1).
Luminescensdatering är en dosimetrisk baserad teknik som ger åldersuppskattningar för utvalda mineralkorn, som kvarts, från eoliska, fluviala, lacustrine, marina och kolluviala sediment associerade med uppräkningsbara sammanhang för geomorf, tektonisk, paleontologisk, paleoklimatisk och arkeologisk forskning 2,4,5,6,7. OSL-datering utvärderas också för att begränsa ytprocesser på andra planeter, särskilt på Mars 8,9. Ofta är det mest använda mineralet i OSL-datering på jorden kvarts, vilket återspeglar dess naturliga överflöd, en inneboende känslighet som geokronometer, signalstabilitet och snabb återställning med exponering för solljus (sekunder till minuter)4,10,11,12. Noggrannheten i OSL-datering äventyras emellertid om kvartsextraktet är orent, särskilt om det är förorenat av kalium och andra fältspat, som kan ha luminiscensutsläpp tio till hundra gånger ljusare än kvarts och kan ge ålder underskattar13. Därför är den absoluta (>99%) renheten för extrakt av kvartskorn från sediment avgörande för korrekt OSL-datering. Således är fokus för detta bidrag att tillhandahålla detaljerade förfaranden för isolering av högrenade kvartskorn separerade från en mängd olika polyminerala sediment. Detta kräver integration av kunskap om mineralogi, kristallkemi; optisk och Raman-avbildning, för att effektivt tillämpa laboratorieprotokoll, för att återge OSL-åldrar på kvartskorn från noggrant provtagna skikt från hämtade sedimentkärnor. Sedimentkärnorna samlades in med en tryck- och slagverkskärna, som hämtade intakt sediment ner till ett djup av 20-25 m.
Den OSL-tidskänsliga signalen återställs relativt snabbt med minuter till timmar av exponering för solljus. Den geologiska OSL-signalen ackumuleras från denna solåterställningsnivå. Även om OSL-utsläppen av kvarts är avsevärt varierande, vilket återspeglar original kristallin struktur, gitterföroreningar, sensibilisering med luminiscensåterställningscykler14 (figur 1). Således finns det inneboende variationer i kvartsens doskänslighet, och dateringsprotokoll måste utformas för specifik mineralogisk och sedimentär härkomst. Lyckligtvis gav framväxten av dosprotokoll för enstaka alikvoter för regenerativ (SAR) för kvarts 1,2 systematik för att avhjälpa variationer i OSL-utsläppen och mätvärden för att utvärdera laboratorieförändringar i uppenbar OSL-känslighet. Sedimentkorn fungerar som långvariga strålningsdosimetrar när de döljs från ytterligare ljusexponering, med luminiscenssignalen som ett mått på strålningsexponeringen under begravningsperioden. Den strålningsdos som motsvarar den naturliga luminiscensemissionen av isolerade kvartskorn kallas ekvivalentdosen (De: i gråtoner, Gy), som är täljaren i OSL-åldersekvationen (ekvation 1). Nämnaren är dosraten (Dr: Grays/yr.), definierad genom att bidra med α, β och γ strålning, som härrör från det radioaktiva sönderfallet av dotterisotoper i 235 U, 238 U, 232Th sönderfallsserien, 40K, och med mindre bidrag från sönderfallet av 85Rb och kosmiska och galaktiska källor.
OSL-ålder (år) = 
(ekvation 1)
Där Dα = alfados Dβ = betados Dγ = gammados Dc = kosmisk dos och w=vattendämpningsfaktor.
En annan metod för u- och Th-bestämningar i laboratoriet eller fältet är gammaspektrometri, där germaniumvarianten kan kvantifiera u och Th isotopisk obalans med lämpliga justeringar av dosraten. Beta- och gammakomponenterna i miljödosraten måste modifieras för massdämpning15. Det finns emellertid en effektivt obetydlig alfados för korn >50 μm med de yttre 10-20 μm kornen avlägsnade genom behandling med outspädd HF under beredningen. En kritisk komponent i dosratsbedömningen är kvantifieringen av den kosmiska och galaktiska dosen under begravningsperioden, som beräknas för specifika punkter på jorden med justeringar för longitud, latitud, höjd, gravdjup och densitet för överliggande sediment16,17.
Sediment som innehåller >15% kvarts är vanligtvis relativt enkla för att separera ut en kvartsfraktion med hög renhet. Sediment med <15% kvarts kräver dock ofta extra tid för att säkerställa nödvändig mineralogisk renhet för OSL-datering. Cirka 500-1000 kvartskorn behövs för denna analys, men ofta separeras tusentals korn för dubbla analyser, arkivering för att utöka ett kalibreringsbibliotek och framtida framsteg. Den mineralogiska sammansättningen av sedimentprover bedöms initialt, korn för korn, genom petrografisk analys genom en binokulär mikroskopisk (10-20x) och tillhörande förebildsanalys. Mineralogin hos enskilda korn testas ytterligare med Raman-spektroskopi för att mäta kornspektra med hjälp av en excitationslaser (455 nm, 532 nm, 633 nm eller 785 nm) och statistiskt jämföra kornutsläpp med kända mineralspektra från RRUFF System Database18.
När den visuella och spektrala inspektionen är tillfredsställande kontrolleras OSL-signalens renhet ytterligare med hjälp av ett automatiserat luminiscensläsarsystem. Tre till fem alikvoter av provet utsätts för infraröd excitation (IR = 1,08 watt vid 845 nm ± 4 nm), vilket företrädesvis stimulerar fältspatmineraler, och detta utsläpp jämförs med utsläpp genom excitation av blått ljus (Bl = 470 nm ± 20 nm), vilket företrädesvis stimulerar kvarts. Om förhållandet IR/Bl ≥ 5 % indikerar testet att fältspatkontaminering och syrarötning upprepas. Om förhållandet IR/Bl <5 % anses proverna vara kvartsfraktionen tillfredsställande för datering.
Protokoll för enkel alikvotregenerering (SAR) på kvartskorn är ett ofta använt tillvägagångssätt i OSL-dateringssediment med procedurer skräddarsydda för ett specifikt prov, en studieplats eller ett område. Reproducerbarheten av dessa protokoll bestäms genom att ge kvartskorn en känd betados (t.ex. 30 Gy) och utvärdera vilken värmeförbehandling som återvinner denna kända dos (figur 2). I praktiken innebär bestämning av ett De med SAR-protokollen beräkning av ett förhållande mellan den naturliga luminescensen och luminescensen från en känd testdos (L n/Tn-förhållande), som jämförs med luminiscensutsläppen för regenerativa doser dividerat med luminescensen från samma testdos (L x/T x) (figur 2 ). En korrigering, en konsekvent tillämpad testdos (t.ex. 5 Gy), har utformats för att kompensera för kvartskornskänslighetsförändringar med mätning genom SAR-cykler. Ofta ökar OSL-utsläppen med >5 % för varje på varandra följande SAR-cykel, men ges samma dos (t.ex. 5 Gy)7.
Minst fyrtio alikvoter kvarts eller 500 korn analyseras med TL / OSL-läsarsystem, med excitation av blått ljus. Luminescensdata som genereras analyseras av programvara som är associerad med läsarsystemet Risø TL/OSL-DA-20. De - och Dr-värdena och åldersuppskattningarna beräknas med hjälp av luminiscensdos- och ålderskalkylatorn (LDAC)17. Denna plattform tillämpar statistiska modeller för att bestämma ekvivalenta dosvärden (De) och återge motsvarande OSL-ålder med begränsade fel.
Det extraherade ljusskärmade provet från en kärna framställs av två skäl: 1) För att erhålla en mineralogisk fraktion av kvartskorn med en renhet av >99%, och 2) För att isolera korn av specifik storleksfraktion, t.ex. 150-250 μm, för bedömning av miljön Dr för OSL-datering17. I många sedimentära miljöer är kvartskorn vanliga; men blandas med andra silikat- och icke-silikatmineraler, bergfragment och organiskt material. Tidigare beskrevs procedurer kortfattat, vilket indikerar några specifika steg och reagenser som behövs för att isolera rena kvartskorn i samband med OSL-datering 13,19,20,21,22,23. Detta bidrag har haft stor nytta av dessa tidigare tillvägagångssätt. Detta dokument beskriver reviderade och mer detaljerade protokoll som använder petrografisk avbildning och Raman-teknik för att övervaka kornmineralogi och göra mycket rena (>99%) kvartsextrakt för luminiscensdatering. Dessa kvartsisoleringsprotokoll har utvecklats efter att ha förberett hundratals prover från olika geologiska miljöer i Amerika, Eurasien, Kina och Africain, Baylor Geoluminescence Dating Research Laboratory, vilket återspeglar analytisk erfarenhet under trettio år, och är inte definitiva metoder, med lämpliga variationer som används av andra laboratorier. Dessa är inte statiska protokoll, och ändringar och tillägg för förbättring välkomnas.
Protocol
OBS: I detta avsnitt presenteras procedurerna för att separera en nästan ren (>99%) kvartsfraktion från polyminerala sediment som tagits från långa (15-20 m) sedimentkärnor och är lika tillämpliga på enskilda rörliknande prover som samlats in från outcrops23. Denna metod har delats in i tre komponenter: (1) Sedimentkärnans öppning, beskrivning och tolkning av sedimentära miljöer för att placera den resulterande OSL-åldern i ett paleomiljösammanhang, (2) Hämtning av ett litet OSL-sedimentprov från en kärna utan exponering för omgivande ljus, och (3) Separering av ett monomineralogiskt kvartsextrakt vid en specifik storleksfraktion (t.ex. 150-250 μm). Det första steget utförs under omgivande ljusförhållanden. Den andra och tredje komponenten utförs med belysning av en natriumånglampa, ekvivalenta lysdioder eller glödlampor med ett rött till orange filter. Tester har visat att dessa säkra ljusförhållanden med utsläpp centrerade på 589 nm med cirka 1-0,5 W/m2 på bänkytan inte orsakar oavsiktlig återställning under kornberedningar.
1. Öppna, beskriva och tolka sedimentkärnor (figur 3)
OBS: Använd en elektrisk såg med ungefär kvartsdiametern (0,5 radian-läge) på kärnans omkrets för att öppna dem på längden. Utför denna "krona" kärnskärning istället för en halvskärning för att bevara mer oupplyst exponerat sediment för OSL-datering och annan analys utan att kompromissa med noggrann visuell inspektion, provtagning och beskrivning av kärnan.
- Logga och utvärdera de sedimentologiska och pedologiska egenskaperna hos en kärna.
- Utvärdera variationen i sedimentologiska egenskaper såsom partikelstorleksförändringar, sedimentära och diagenetiska strukturer, ströbäddar om de är synliga, Munsellfärger24, grunden för enhetsgränser25 och identifiera sekvenser av skikt.
- Fastställa makropedologiska egenskaper inklusive karbonat, argillic och cummlic morfologier; rubifiering och tillhörande horisontbeteckning; och spåra fossiler.
- Ta 1-2 g av sedimentet med en spatel, lägg den i en 50 ml syrabeständig bägare för att bedöma karbonathalten gasometriskt.
- Placera bägaren i en välventilerad lådugn (40 °C) i minst 8 timmar för att torka provet, väg sedan på en precisionsvåg och kommentera vikten för varje prov i labbboken.
- Tillsätt 30 ml 15% HCl till provet, placera det utan lock inuti en dragskåp och låt det reagera i minst 30 minuter. Tillsätt syra tills reaktionen är klar.
VARNING: HCl-syra ska alltid användas inuti en dragskåp, med skärpet högst en fjärdedel öppet. En labbrock, kemikalieresistenta handskar, skyddsglasögon och en sköld krävs vid hantering av HCl. Placera denna blandning i en dragskåp i 8 timmar täckt av ett vaxpapperstätningsmedel. Reaktionen av HCl med Ca/MgCO3 är exoterm. Placera därför bägaren i en 300 ml keramisk skål fylld med 100 ml kallt kranvatten för att kyla reaktionen och fånga reaktionsspill. - Tvätta provet med 100 ml avjoniserat vatten (DIW), dekantera försiktigt supernatanten för att sjunka utan att förlora sedimentet.
- Återför provet till ugnen (40 °C) i minst 24 timmar tills det är torrt. väga och registrera värdet.
- Kvantifiera massskillnaden mellan ugnstorkade prover före och efter blötläggning i 15% HCl för att bedöma karbonathalten (%).
- Ta bort 0,5-1,0 g sediment för partikelstorleksanalys var 5-10 cm ner i kärnan. Placera varje sedimentprov i en 100 ml syrabeständig bägare. Märk proverna i bägare i enlighet med detta.
- Sikta sedimenten genom ett 2000 μm nät. Kassera sedimentet >2000 μm (större än sand). Fortsätt processen med resten av sedimentet <2000 μm.
- Tillsätt 30 ml 15 % HCl för att avlägsna karbonat från provet. Upprepa steg 1.1.3.1–1.1.3.5
- Ta bort det organiska materialet med 30 ml 12%H2O2och låt det stå i >12 timmar; värm inte.
VARNING:H2O2främjar snabb oxidation, är frätande och kan vara mycket skadligt för ögon, hud och andningsorgan. En labbrock, kemikalieresistenta handskar, skyddsglasögon och en sköld krävs vid hantering av reagenskvalitetH2O2. Tillsatsen avH2O2till sediment innehållande organiskt material är en exoterm reaktion. Den snabba temperaturökningen är proportionell mot överflödet av organiskt material som sprids i provet. Tillsats av diw kan vara nödvändigt för att hålla reaktionstemperaturen <40 °C. Fortsätt att lägga tillH2O2och övervaka reaktionstemperaturen samtidigt. Låt blandningen förbli inuti en dragskåp i 8 timmar täckt av ett vaxpapperstätningsmedel. Placera bägaren i en 300 ml keramisk skål fylld med 100 ml kallt kranvatten för att kyla reaktionen och fånga reaktionsspill. - Bestäm kornstorlekar för varje prov med en laserdiffraktionspartikelstorleksanalysator och klassificera intervallet av kornstorlekar enligt Wentworth-skalan26,27.
- Bedöm data och sampla iterativt om med finare avstånd (2-5 cm) för att karakterisera enhetskontakterna bättre eller avtrycket av pedogenes (se figur 4).
- Tolka de sedimentära och stratigrafiska sektionerna.
- Använd de resulterande loggarna av sedimentologi, stratigrafi, pedologi, granulometri och karbonatprocent för att definiera depositionsenheter och pedosedimentära facies som observerats i kärnor.
- Rita upp respektive sedimentära sektioner för varje kärna (figur 4).
- Tolka sedimentär och miljöinformation baserat på en integrerad bedömning av den fysiska kärnbeskrivningen och granulometri, karbonatinnehåll, mikromorfologi och faciesanalys. Diskutera tolkningen av sedimentära miljöer med andra i forskargruppen.
- Bestäm specifika djupnivåer för de kärnor som ska samplas för OSL-datering för att dechiffrera depositionshändelser7.
2. Samla in OSL-prov (figur 5)
OBS: Kärnsektionerna överförs till luminiscenslaboratoriet för att provta för OSL-datering under säkra ljusförhållanden.
- Fukta kärnansiktet med DIW med en klämflaska för att säkerställa sedimentets sammanhållning.
- Definiera provtagningsområdet genom att med en spatel bedöma en cirkel med en diameter på 2 cm från kärnytans mittpunkt.
- Skrapa bort de övre 1 cm ljusexponerade sedimenten med en verktygskniv. Lägg detta sediment i en märkt keramisk avdunstningsskål för att torka i minst 8 timmar i en lådugn vid 40 ° C. Pulverisera och homogenisera detta torkade sedimentprov för U-, Th-, K- och Rb-innehåll för dosratsberäkningar.
OBS: Som ett exempel, tilldela provet ett på varandra följande laboratorienummer (t.ex. BG4966) för att märka på varje behållare som innehåller något derivat av det ursprungliga provet (t.ex. BG4966 <200 μm). Länka detta BG-nummer till den elektroniska laboratorieloggen, samregistrerad med provfältet eller inlämningsnumret. Inkludera annan information som kärnnummer, insamlat år, enhetsbeteckning (t.ex. B-enhet) och djup. Märkning av delprover i labbet är en kritisk uppgift och bör göras med exakthet för att upprätthålla kedjan av provförvaring. - Extrahera (10-30 g) det ljusskärmade sedimentet försiktigt med en spatel från det cirkulära, poängsatta centrala området av kärnan. Placera extraktet i en märkt 250 ml polyetenbägare. Rengör detta prov fysiskt och kemiskt för att isolera en kvartsfraktion för luminiscensdatering.
OBS: Utför kärnprovtagning i en riktning (vanligtvis uppifrån och ner) och en i taget för att undvika samplingsfel och kontaminering. Bearbeta proverna individuellt, i numerisk ordning, för att upprätthålla spårbarheten. - Fyll det återstående provhålrummet i kärnan med en boll av aluminiumfolie för att ange provposition och förhindra att sidoväggen kollapsar av den delade kärnan. Fukta kärnansiktet med DIW med en sprayflaska, linda in plast och försegla kärnan för arkivering.
3. Extrahera monomineralogisk kvarts ( Figur 6)
OBS: All personal innan de påbörjar procedurer i labbet måste bära personlig skyddsutrustning (PPE), som inkluderar en tung och ogenomtränglig labbrock, åtföljd av engångshandskar och skyddsglasögon och dammmasker. Denna PPE kompletteras med tunga PVC-handskar och kroppslångt förkläde, akryl ansiktsskydd och återanvändbara silikon vattentäta skoskydd när du använder lösningsmedel med full styrka för matsmältningen.
- Ta bort organiskt material: Tillsätt långsamt 30 ml 25%H2O2till 30-60 g av sedimentet i en 250 ml polyetenbägare för att avlägsna organiskt material. Rör om väl med en glasstav för att underlätta reaktionen. TillsättH2O2tills det inte finns någon synlig brus med frisättningen avCO2; Låt den sitta innanför dragskåpet i minst 12 timmar.
VARNING: Utför denna procedur under en dragskåp. H2O2främjar snabb oxidation, är frätande och kan vara mycket skadligt för ögon, hud och andningsorgan. En labbrock, kemikalieresistenta handskar, skyddsglasögon och en sköld krävs vid hantering av reagenskvalitetH2O2. Tillsatsen avH2O2till sediment innehållande organiskt material är en exoterm reaktion. Den snabba temperaturökningen är proportionell mot överflödet av organiskt material som sprids i provet. Tillsats av diw kan vara nödvändigt för att hålla reaktionstemperaturen <40 ° C. Fortsätt att tillsättaH2O2och övervaka reaktionstemperaturen samtidigt. Låt blandningen förbli under en rökhuv i 12 timmar täckt av ett vaxtätningsmedel. Placera bägaren i en 300 ml keramisk skål fylld med 100 ml kallt kranvatten för att kyla reaktionen och fånga reaktionsspill.
OBS: Om halten av organiskt material är >3% kan provet kräva 1-3 dagars blötläggning iH2O2för att reagera helt med organiskt kol. Övervaka den exoterma värmen som utvecklas och tillsätt DIW för att hålla den under 40 °C. Värm inte provet över 40 °C. Högre temperaturer kan orsaka partiell återställning av luminiscenssignalen och känslighetsförändringar som skadar dosimetriska mätningar. - Tvätta provet fem gånger med 100 ml diw för att avlägsna eventuella återståendeH2O2och halogenider som finns i sedimentet. Efter att ha lagt sig i 30-60 min, dekantera supernatanten i diskbänken med vattnet rinnande. Var noga med att bevara sedimentet vid bägarens botten under dekantering.
- Tillsätt långsamt 30 ml 15 % HCl för varje 5 g sediment i en 250 ml bägare för att reagera med Ca/MgCO3 som sprids i provet. Tillsätt initialt ≤ 1 ml för att bedöma brus och modulera ytterligare HCl-tillägg för att kontrollera bättre reaktion. Rör om väl med en glasstav för att underlätta slutförandet av reaktionen. Tillsätt mer HCl om det behövs tills det inte finns någon synlig brus med frisättningen avCO2.
VARNING: Använd HCl inuti en dragskåp, med bågen högst en fjärdedel öppen. En labbrock, kemikalieresistenta handskar, skyddsglasögon och en sköld krävs vid hantering av denna och andra syror. Reaktionen av HCl med Ca/MgCO3 är exoterm. Tillsats av diw kan vara nödvändigt för att hålla reaktionstemperaturen <40 °C. Fortsätt att lägga till HCl och övervaka reaktionstemperaturen samtidigt. Låt blandningen förbli inuti en dragskåp i 8 timmar täckt av vaxpapper. Placera bägaren i en 300 ml keramisk skål fylld med 100 ml kallt kranvatten för att kyla reaktionen och fånga reaktionsspill.- Tvätta provet med 100 ml DIW fem gånger och dekantera försiktigt för att avlägsna överskott (utspädd) HCl i ett handfat med vattnet rinnande.
- Torka sedimentet över natten i en lådugn vid 40 °C.
- Ta bort de magnetiska, paramagnetiska och diamagnetiska mineralerna.
OBS: De flesta sediment innehåller <10% magnetiska mineraler. Utför magnetiskt mineralavlägsnande av sedimentet i torrt tillstånd med användning av neodymmagneter eller vått tillstånd med användning av dispergeringsmedlet Na-pyrofosfat (Na4P2O7·10H2O) lösning (0,3%). Avlägsnande av magnetiska och associerade mineraler är nödvändigt eftersom dessa komponenter konkurrerar med HF-etsning av kvarts och upplösning av andra silikatmineraler.- Vik in en ~ 2,5 cm lång neodymmagnet med en 38 μm nylonnäthylsa för torr sedimentavlägsnande av magnetiska mineraler.
- Placera den inslagna magneten på bägarens yttervägg och rör dig i en cirkulär rörelse för att locka magnetiska mineraler.
- Flytta magneten långsamt till toppen av bägaren för att extrahera mineralerna till en 20 ml keramisk skål. Ta bort magneten och lossa de magnetiska mineralerna som är fästa vid nylonhylsan.
- Upprepa steg 3.4.1–3.4.3 tills magnetkornen har avlägsnats helt. vanligtvis efter 5 till 6 upprepningar.
- För att avlägsna de magnetiska kornen i en vattenbaserad lösning, placera sedimentet i en 250 ml glasbägare med ~ 100 ml 0,3% Na-pyrofosfatlösning och rör om noggrant tills sedimentet är väl uppdelat.
- Placera bägaren på en kokplatta med en inbyggd magnetomrörare; ställ in omrörningshastigheten vid 800 rpm vid omgivande laboratorietemperatur. Sänk ner magnetstavarna och rör om sedimentet i 5 min.
- Ta bort stavarna för att rengöra lockade magnetiska korn genom att gnugga med en trasa eller annan magnet innan du återför magneterna till lösningen. Upprepa tills inga magnetiska mineraler återvinns; Upp till fem repetitioner kan vara nödvändiga.
OBS: En binokulär mikroskopisk inspektion av provet rekommenderas för att bedöma statusen för magnetisk mineralavlägsnande. Tillsammans är det torra och våta magnetiska mineralavlägsnandet vanligtvis >95% effektivt.
- Separera en specifik kornstorleksfraktion.
OBS: Partikelstorleksintervallet för kvartskorn som ska separeras baseras på den tidigare bestämda partikelstorleksfördelningen för varje prov (se steg 1.1.5). Vanliga partikelstorleksintervall för att separera kvartskorn är 500-450 μm, 450-355 μm och 355-250 μm för medium sand, 250-150 μm och 150-100 μm för fin sand och 100-63 μm för mycket fin sand.- Skär 15 cm x 15 cm rutor från rullar med nylonnät i två storlekar (t.ex. 150 μm och 250 μm) för isolering av partikelstorlek med våtsiktning med engångsmaskor.
- Rama in det skurna nätet i en cirkulär plaststyrning med en innerdiameter på 10 cm. Till exempel, för att rikta in sig på den fina sandfraktionen 150-250 μm, använd två inramningsnät i följd: 250 μm först och 150 μm andra.
- Märk tre bägare med laboratorieprovnummer (BGXXXX) och siktgränser. >150 >250 μm och 250–150 μm ( infälld figur 6A).
- Placera den cirkulära siktstyrningen tätt med inramat nät, t.ex. använd först 250 μm (grövre kornstorlek) över en 1-L bägarekant (10,5 cm diameter).
- Siktprov till det riktade partikelstorleksintervallet, t.ex. 250-150 μm. Ställ in 1-L bägare med 250 μm nätstyrning ovanpå; redo att sikta.
- Tillsätt ~ 100 ml 0,3% lösning av Na-pyrofosfat till en 250 ml bägare som innehåller det icke-magnetiska sedimentet som erhållits i steg 3.4.7 och rör om noggrant med en glasväg för att underlätta partikeldispersion.
- Fortsätt att manuellt virvla den dispergerade sedimentblandningen och häll långsamt genom 250 μm-nätet. Sedimentet av partiklar < 250 μm storlek passerar genom nätet in i nedanstående bägare och är målet för ytterligare storleksseparation. Arkivera sedimentet som finns kvar på maskorna (>250 μm) för eventuell framtida analys.
- Ställ in 150 μm-nätet över en ny torr 1-L-bägare. Ta den dispergerade sedimentblandningen i steg 3.5.7, fortsätt att virvla i handen och häll långsamt genom 150 μm-nätet. Sedimentet av partiklar <150 μm storlek passerar genom nätet i nedanstående bägare. Arkivera sedimentet för eventuell framtida analys. Sedimentet som finns kvar på 150 mesh är målstorleksfraktionen, 150-250 μm, för OSL-datering.
- Torka sedimenten i en lådugn över natten vid 40 °C.
- Isolera kvartskorn från storleken 250-150 μm separat (Infälld Figur 6B).
OBS: Denna procedur inkluderar två densitetsseparationer med användning av den giftfria tunga vätskan Sodium Polytungstate (SPT-Na6 (H2W12O40) _H2O) vid densiteter 2,6 g/cc och 2,7 g/cc. Blanda pulvret med DIW för att bilda denna tunga vätska. För att bereda 100 ml av den tunga vätskan med en densitet av 2,6 g / cc, tillsätt 205,5 g SPT till 54,5 ml DIW. För att bereda 100 ml av den tyngre vätskan med en densitet av 2,7 g / cc, tillsätt 217,5 g SPT till 52,7 ml DIW. Bedöm densiteten hos den tunga vätskan med förkalibrerade densitetspärlor och en hydrometer.
VARNING: Använd endast DIW för att förbereda tunga vätskor eftersom kranvatten innehåller upplösta joner som reagerar och förändrar SPT-pulverets sammansättning. För att generera en homogen lösning med önskad densitet, tillsätt SPT-pulvret till vattnet och inte räknaren.- Märk två 100 ml bägare med provnumret och lägg till "<2.6" till en bägare och ">2.6" till den andra bägaren. Håll en 1 L bägare redo att samla upp den tunga vätskan som tvättats från provet med DIW.
- Blanda noggrant 80–70 ml 2,6 g/cm 3 tung vätska med den torra fraktionen av sedimentet som erhållits i steg 3.5.8. Häll blandningen i en väl märkt 100 ml graderingscylinder. Täck toppen med ett vaxtätningsmedel för att undvika avdunstning. Placera cylindern inuti en dragskåp för att förbli ostörd och skyddad från ljus. Vänta i minst 1 timme så att provet kan separeras i två markant olika zoner. De högre flytande, lättare mineralerna berikas ofta i K-fältspat och Na-rika plagioklaser, och de lägre tyngre kornen är rika på kvarts och andra tyngre mineraler.
OBS: Separationstiderna med den tunga vätskan på 2,6 g/cc för mindre partikelstorlekar, <100 μm, kan ta >4 timmar. - Placera en plasttratt och placera ett engångspappersfilter över en 250 ml bägare. Filtrera lösningen med en tät passform.
- Dekantera det flytande sedimentet i den tunga vätskan på 2,6 g/cm3 genom filtret långsamt och försiktigt, med suspenderade korn fångade på filtret. Bevara den nedre zonen av sedimenterade korn noggrant. Låt vätskan passera genom filtret; tvätta med DIW efter behov.
- Överför det tvättade lätta sedimentet till bägaren märkt som "provnummer <2.6", placera pappersfiltret i bägaren och tvätta försiktigt med DIW. Kassera filtret efter att ha tvättat bort alla korn.
- Tvätta provet fem gånger med DIW för att ta bort rester av tung vätska.
- Torka sedimenten i ugnen över natten vid <40 °C. Lagra denna fältspatrika fraktion för framtida analyser.
- Lägg ett nytt filterpapper på plasttratten och placera det tätt på en 1 L glasbägare. Dekantera de nedre sedimenterade mineralkornen i den graderade cylindern med 2,6 g/cm3 lösning. Tvätta sedan ut cylindern med DIW med en sprutflaska.
- Överför det tvättade "tunga" sedimentet till bägaren märkt med "provnummer >2.6". Placera pappersfiltret i bägaren och tvätta försiktigt med DIW. Kassera filtret efter att ha tvättat bort alla korn.
- Tvätta provet tre gånger i diskbänken med DIW.
- Torka sedimenten i ugnen över natten vid <40 °C för ytterligare densitetsseparation med 2,7 g/cc tung vätska.
- Fortsätt med kvartsseparation med en 2,7 g / cc tung vätska. Kombinera den torra "tunga" separat från bägaren märkt "provnummer >2.6" med 70-80 ml 2.7 g / cc tung vätska.
- Dekantera det flytande sedimentet (kvartsrikt) på ett trattfilterpar över en 1 L bägare långsamt och försiktigt. Tvätta det flytande provet på filtret noggrant med DIW och samla tvätten i bägaren nedan.
- Överför det tvättade sedimentet på filtret till en 250 ml polypropenbägare märkt med "provnummer + för HF". Placera pappersfiltret i bägaren och tvätta försiktigt med DIW; Kassera filtret efter tvättning av alla korn.
- Sätt ett nytt pappersfilter på plasttratten och placera båda på en ny 1 L glasbägare. Lägg till DIW i cylindern där densitetsseparationen på 2,7 g / cc inträffade, dekantera och tvätta med DIW tills de nedre separerade kornen överförs helt till filtret. Upprepa steg 3.6.10-3.6.12 och arkivera denna tyngsta bråkdel.
- Etsa kvartskornen genom att nedsänka i fluorvätesyra
OBS: Denna procedur har två huvudmål: 1) att lösa upp andra återstående mineraler än kvarts; 2) Att etsa de yttre 10-20 μm kvartskornen, påverkade av alfastrålningen28.
VARNING: Koncentrerad fluorvätesyra (HF) är en mycket giftig och farlig vätska. Särskild utbildning och vård behövs för att använda HF på grund av den höga dermala och lungtoxiciteten. Laboratoriepersonal måste vara bekant med HF-materialsäkerhetsdatabladen. Hantera alltid HF inuti en fungerande laboratorie dragskåp, nära en ögonskölj och säkerhetsduschstation. Arbeta aldrig med HF ensam. Se till att icke-utgångna 2,5% kalciumglukonatgelmotgift finns till hands innan du hanterar HF. Följande personlig skyddsutrustning måste bäras före hantering av HF: Långbyxor och ärmar, slutna tåskor, tung labbrock, syrafast förkläde, tjocka nitrilhandskar (10-20 mil), PVC- eller neoprenhandskar som täcker händer, handleder och underarmar, dammmask, skyddsglasögon, akryl ansiktsskydd och silikon vattentäta skoskydd.- Förbered en timer i 80 minuter och skär vaxpapperstätningsmedel för att täcka en 250 ml bägare.
- Slå på både DIW och vanliga vattenkranar vid diskbänken och ha en flaska DIW till hands som en säkerhetsåtgärd.
- Sätt på lämplig personlig skyddsutrustning för att använda HF-syra.
- Placera en 250 ml kraftig polypropenbägare med det prov som erhållits i steg 3.6.14 inuti dragskåpet. Sänk skärpet till nära stängning för att vara säkert och bekvämt att arbeta. Tillsätt HF till bägaren genom pumpsteg (20 ml) för varje 2 g kvarts och täck bägaren med vaxpapperstätningsmedel.
OBS: För ökad säkerhet, använd en HF-flaskdispenser som levererar inställda volymer syra, t.ex. 20 ml / pump, för att kontrollera mängden och riktningen för syratillförsel. Plastbehållare med hög densitet används med HF eftersom denna syra reagerar med och etches glas. - Starta 80 minuters timer och ta bort HF-PPE. Tänk på att bära personlig skyddsutrustning igen för att rengöra provet 5 min innan tiden är klar.
- Tvätta provet fem gånger under huven. Fyll bägaren med DIW för att späda ut syran och dekantera den i en satellitbehållare som används för HF-avfall.
- Ta bort provet från dragskåpet och tvätta provet ytterligare tre gånger med DIW vid diskbänken, så håll både DIW och vanliga vattenkranar öppna för att späda ut eventuell återstående HF ytterligare.
- Dekantera och flytta provet till en 250 ml glasbägare, tillsätt ~ 150 ml 0,3% Na-pyrofosfatlösning (Na4P2O7· 10H2O) till sedimentet och placera bägaren i ett sonicatorbad i 20 minuter för att helt disaggregera kornen och partiklarna.
- Tvätta provet ytterligare fem gånger med DIW vid ett handfat för att avlägsna Na-pyrofosfatet. Dekantera och märk bägaren "Provnamn" för HCl".
- Sänk ned de mineralkorn som återstår efter HF-rötning (steg 3.7.9) i koncentrerad HCl.
VARNING: Koncentrerad HCl (~ 36%) anses vara en giftig och frätande vätska som kan orsaka kemiska brännskador vid kontakt och ögonskador om de stänks och skada på mun, hals, matstrupe och mage vid förtäring. Arbetstagare måste vara bekanta med HCl-säkerhetsdatabladen. Hantera alltid koncentrerad HCl inuti en dragskåp, nära en ögonskölj- och säkerhetsduschstation. Arbeta aldrig med HCl ensam. Innan du börjar smälta sedimentet med HCl, var noga med att bära den personliga skyddsutrustningen som anges i steg 3.7.
OBS: Som med koncentrerad HF är det säkrare att använda en flaskdispenser för att kontrollera mängden och riktningen för urladdningen. Använd glasbehållare när du arbetar med HCl. Innan du tar bort PPE, tvätta handskarna med tvål och vatten, och tvätta händer och underarmar efter att du har tagit bort PPE.- Förbered vaxtätningsmedlet för att täcka bägaren med provet nedsänkt i syran.
- Slå på både DIW och vanliga vattenkranar vid diskbänken och ha en flaska DIW till hands som en säkerhetsåtgärd.
- Sätt på den sura PPE.
- Placera 250 ml glasbägare med det prov som erhållits i steg 3.7.9 inuti dragskåpet. Sänk skärpet till nära stängning för att vara säkert och bekvämt att arbeta. Tillsätt HCl till provet i steg om pumpen (20 ml) för varje 5 g kvarts och täck sedan bägaren med vaxtätningspapper.
- Ta bort den sura PPE.
- Lämna provet för uppslutning av HCl i 8 timmar i dragskåpet.
- Sätt på syra-PPE innan du rengör HCl.
- Tvätta provet fem gånger under huven; dekantera supernatant i satellitbehållaren för att samla HCl-avfall.
- Tvätta provet ytterligare tre gånger med DIW vid diskbänken och håll både DIW och vanliga vattenkranar öppna för ytterligare utspädning. Se till att fortsätta bära nödvändig personlig skyddsutrustning.
- Sikta sedimenten på nytt genom det minsta tidigare masknätet (t.ex. 150 μm) för att avlägsna spruckna och brutna riskorn.
- Dekantera och märk bägaren "Provnamn för OSL" och torka sedimenten i ugnen i minst 8 timmar vid <40 °C för att utvärdera renheten hos kvartsseparationen av denna färdiga produkt.
- Kvantifiera kvarts separat renhet
- Använd en dissekeringsnål för att placera 200-400 mineralkorn på en glasskiva och inspektera under ett 10x eller 20x kikar- och / eller petroskopiskt mikroskop för att identifiera kornmineraler. Kvantifiera procentandelen kvartskorn genom punkträkning och registrera mineralogin hos 100 enskilda korn. Om ett delprov uppvisar >1% icke-kvartsmineraler och är ett oönskat mineral med hög fotonproduktion (t.ex. K-fältspat) eller förblir oidentifierat, cue provet för Raman-spektroskopi.
- Använd Raman-spektroskopi och tillhörande bild för att bekräfta kornmineralogin och identifiera mineraler som inte känns igen under mikroskopisk inspektion. Använd en blå stråle med en bredd på 5 μm och 100-korniga punkträkningar för att bedöma kvartsens procentuella renhet och identifiera de okända kornmineralerna.
- Bedöm kvartsrenhetsspektra genom infraröd stimulering
- Förbered fem ultrasmå alikvoter av kvartsseparationer för IR-stimulering genom att skaka korn på en cirkulär aluminiumskiva (1 cm diameter). Varje alikvot innehåller vanligtvis cirka 20-100 kvartskorn motsvarande en 1 mm eller mindre cirkulär diameter vidhäftad (med kisel) till en skiva.
- Ladda skivorna på en provkarusell för stimulering av IR-lysdioder (845 nm ± 4 nm) som levereras av ett automatiserat TL / OSL-läsarsystem och jämför det med excitationen av blått ljus (470 nm ± 20 nm), vilket är preferens för kvarts.
- Se till att förhållandet mellan IRSL och blått ljus av kvarts korn alikvoter är <5%. Om så är fallet är provet klart för vidare analys. Annars kräver provet ytterligare rengöring med HF (steg 3.7).
Representative Results
De laboratorieprocedurer som beskrivs är inriktade på att förbättra separationen av rena kvartskorn (700 till 50 μm storlek) som behövs för OSL-datering utan oavsiktlig ljusåterställning i laboratoriet (figur 1). En ren kvartsseparat, mineralogiskt och optiskt, är en förutsättning för att tillämpa SAR- och TT-OSL-dateringsprocedurer (figur 2). Dessa förfaranden förklarar de nödvändiga stegen för att effektivt förstå och ta prover på kontinuerliga sedimentkärnor, undvika zoner av pedogenes och diagenes, hämta oupplysta sediment från kärnor (figur 3 och figur 4). att isolera kvartskorn för OSL-dateringsprotokoll för att begränsa tidpunkten för sedimentavsättning tidigare ca 500 ka (figur 5). Mineralogin hos korn i det oförberedda provet och beredda separationer bedöms kontinuerligt genom beredningsprocessen för att identifiera den förorenande mineralogin och aktivt bedöma processen för avlägsnande av oönskade mineraler (figur 6 och figur 7). Kvartsmineralogisk renhet bestäms för delmängdskorn (100-400) genom binokulär mikroskopisk inspektion (10-20x) och genom Raman-spektroskopi. Användningen av denna teknik och förutsättningskunskap är avgörande för att bedöma och bekräfta den nödvändiga renheten (>99%) av kvartsseparationer för OSL-datering (figur 8).
Processen för kvartsseparation inleds med avlägsnande av organiskt material medH2O2och därefter efterföljande rensning av Ca/MgCO3 med blötläggning i HCl. Därefter betecknas en storleksfraktion genom siktning med engångsnylonmaskor (t.ex. 150 och 250 μm), vilket är nödvändigt för att beräkna dosratsvärdena (i mGy/y) (figur 6A insats). Renheten hos kvartsseparationen förbättras genom två densitetsseparationer vid 2,6 och 2,7 g / cc, kvartsens begränsningstäthet (figur 6B infälld). Den efterföljande blötläggningen av stora korn i HF i 80 minuter tar bort icke-kvartsmineraler. Denna behandling etsar också de yttre 10-20 μm kornen för att avlägsna det alfadospåverkade området, vilket förenklar dosratsberäkningarna (figur 6). Renheten hos kvartsseparationen antas aldrig utan bedöms genom binokulär mikroskopisk inspektion och Raman-baserade mätningar i slutet av kornseparationen. Densitetsseparationer och/eller HF-behandling kan upprepas för att avlägsna de separata förorenande kornen om en representativ alikvot innehåller >1 % icke-kvartskorn, särskilt fältspatmineraler (figur 7). Kvartsreningsförfarandet upprepades upp till fyra gånger med kvartsinnehåll på <15% för att ge glans nedåtgående kurvor med ett snabbt förhållande på >20, karakteristiskt för ren kvarts (figur 8).
Figur 1: Processer med OSL-datering. (A) Mineralkorn förvärvar OSL med joniserande strålningsexponering. (B) OSL av spannmål återställs av solljus med erosion / transport. C) Exponering för joniserande med nedgrävning. luminescens förvärvad. (D) Ljusexponering återställer OSL med erosion/transport. (E) Korn begravs på nytt och OSL förvärvas med exponering för joniserande strålning. (F) Visar provtagning utan ljusexponering. Den resulterande uppmätta naturliga OSL följs av en normaliserande testdos (L n/Tn) som likställs med den regenerativa doskurvan för att ge en ekvivalent dos (De). Denna siffra har modifierats från Forman, S. L. et al.7. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Protokoll för optisk stimulerande luminescens - enkel alikvotregenerering (OSL-SAR) för kvartskorn. A) Ekvivalent dos med användning av SAR-protokoll. den naturliga OSL är L n / Tn, och den regenerativa dosen är L x / Tx; känslighetsförändringar korrigeras genom att ge en testdos (t.ex. 5 Gy). (B) Generaliserat SAR-protokoll. Denna siffra har modifierats från Forman, S. L. et al.7. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Flödesschema som beskriver de steg som krävs för att öppna, beskriva och tolka en återvunnen sedimentkärna. Denna figur visar hämtning av sedimentkärnan med hjälp av slagverkskorr, följt av öppning, rengöring, beskrivning och studie av kärnan för att erhålla det optimala provet för OSL-datering. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Exempel på en typisk logg för en kärnsedimentär och stratigrafisk sektion. Enheter och pedosedimentära facies definieras med hjälp av sedimentologi, stratigrafi, pedologi, granulometri och karbonatprocent. Jordhorisonterna som finns i den stratigrafiska kolonnen från topp till botten är: A: Yta organisk rik horisont, B: underjord med svag struktur och färg (Bw) och begravd B-horisont Btb med lerackumulering, Btkb med sekundärt kalciumkarbonat och lerackumulering och Bkb med ackumulering av sekundärt kalciumkarbonat. Den dominerande partikelstorleken hos sedimentära enheter visas på den nedre horisontella med medium sand (MS), fin sand (FS), mycket fin sand (VFS) och silt (Si). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Flödesschema för de steg som krävs för att samla in ett OSL-prov från en sedimentkärna. Denna figur presenterar ett flödesschema med de viktigaste stegen som följs för att förbereda en kvarts separat för OSL-datering. Protokollen börjar med extraktion av ett polymineralt sediment från ljusskärmade områden i kärnan i det ljussäkra OLS-labbet. De fortsätter med extraktionen av den monomineralogiska fraktionen av kvarts, innefattande avlägsnande av organiskt material med peroxid, karbonater med HCl och magnetiska mineraler med hjälp av handmagneter. Separationen av den specifika fraktionen av sandstorlekssediment görs genom siktning; Separation av mineraler som är mindre täta och tyngre än kvarts görs med hjälp av densitetsvätskor (ρ = 2,6 g / cc och 2,7 g / cc). De sista rengöringsstegen kräver nedsänkning av sedimentet i HF och HCl full styrka för att isolera kvarts från något annat mineral i fraktionen. Separatens renhet utvärderas genom binokulär inspektion, RAMAN-spektroskopi och ytterligare verifiering av IRSL -utsläpp (infraröd). Målet är att erhålla ett prov med en renhet ≥99%. Underlåtenhet att göra det kräver att några av stegen måste upprepas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: Flödesschema som visar alla steg som krävs för att erhålla en orörd kvarts skild från ett sedimentprov från en kärna. Denna rena kvartsfraktion kommer att användas för OSL-SAR-analyser för åldersbedömning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7:Jämförelse av två prover som samlats in i två olika områden: White Sands (första raden) och Mongoliet (andra raden). Kolumn A visar råprover under kikarmikroskopet, som samlats in i fältet. Kolumn B visar de separata fraktionerna för varje bearbetat prov, under det binokulära mikroskopet. Kolumn C visar motsvarande RAMAN-spektroskopiresultat. Provet från White Sands innehåller sulfater (främst gips), halogenider och mycket lite kvarts (kolumn A). Korrespondent visar den separata fraktionen (63-100 μm) för det bearbetade provet i en kolumn B att den mestadels innehåller kvarts, fortfarande med några rester av gips, vilket visas av RAMAN-spektroskopin i kolumn C. Förhållandet mellan OSL IR och blå svar för detta prov är 9%, vilket bekräftar att det behöver en andra separation i densitet vid 2,6 g / cc, vilket eventuellt kommer att ta bort det lättare gipset (2,36 g / cc) från tyngre kvarts. Däremot är det mongoliska provet (kolumn A) ursprungligen mycket rikt på fältspat, främst K-fältspat. Efter att ha genomgått rengöringsprocedurerna visar rikligt med kvarts isolerad i 100-150 μm separat (kolumnerna B och C), vilket ger ett tillfredsställande IR / Bl-förhållande på 3,7%. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: Jämförelse av snabbt förhållande för det naturliga i tre prover som representerar olika grader av kvartsfraktionsrenhet. (A) Den ideala snabba kvotfördelningen i ett orört eoliskt prov från Red River, med snabbt förhållande = 72. Kontrasterande figurer (figur 8B, C) har en mindre snabb komponent med blå LED-stimulering, som är under 20. B) Ett prov med ofullständig kvarts- och plagioklasseparation. Komponenterna L2 och L3 utgör en signifikant % av L1-komponenten (se ekvation 2). (C) En nedskärningskurva för feldspatisk kvarts, med en dominerande mediumkomponent (L2). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Kvarts mineralogisk renhet är avgörande för OSL-datering. Kvartsspektral renhet är emellertid lika viktig och förbättras vanligtvis med noggrann koncentration av kvartskorn. Helst bör kvartskorn under blått LED-ljus (470 nm ± 20 nm) stimulering under 40 s avge ≥ 90% av luminescensen inom den första ~ 0-2,5 s stimuleringen, kallad den snabba komponenten, med < 10% av ljusemissionen mellan ~ 2,5 och ~ 15 s (medelkomponent) och en slutlig lågemissionspost ~ 15 s, (långsam komponent) (Figur 8). En luminiscensemission som domineras av en snabb komponent är att föredra eftersom den snabbt återställs (på några sekunder) och visar hög känslighet för applicerad β strålning i laboratoriet, vilket förbättrar bestämningarna av ekvivalenter. Ett viktigt mått för att bedöma dominansen av snabba komponenter för OSL-datering av kvarts är beräkningen av ett "snabbt förhållande"29,30 med ett exempel som visas av ekvation 2 och i figur 8. Ett snabbt förhållande på >20 för kvartsglanskurvan anses vara en robust luminiscensemission som är lämplig för OSL-datering29 (se figur 8A). Separationer som har kontaminering med K-fältspat och plagioklas eller feldspatiska inneslutningar ger ofta snabba förhållanden på <10 (se figur 8B,C) och är olämpliga för SAR-kvartsdateringsprotokoll.
Snabbförhållande 
(ekvation 2)
Där L1: Snabb komponentemission för ~ 0-2,5 s
L2: Medelkomponentutsläpp ~ 2,5-15 s L3: Långsam komponentemission ~ 15-40 s
Ett viktigt test på spektralrenheten hos isolerade kvartskorn är alikvoternas svar på infraröd excitation från lysdioder (845 nm ± 4 nm). De flesta kvartskorn ger en låg eller försumbar luminiscensemission med IR-stimulering vid eller inom några hundra räkningar av bakgrundsutsläpp. Ett mått har utvecklats för att bedöma IR-baserade utsläpp, kallat IR-utarmningsförhållandet, som beräknas som ett SAR-förhållande (L x / Tx) för bestrålade (5-10 Gy) kvartskorn stimulerade med IR-lysdioder och sedan blå lysdioder. Specifikt bör förhållandet mellan IR-luminiscens dividerat med blå utsläpp vara <5%, vilket indikerar en spektralt ren kvartsfraktion som är mottaglig för OSL-datering (figur 8A). Det finns dock fall där mineralogiskt rena kvartskorn kan ge felaktiga luminiscensemissioner med IR-stimulering. Denna IR-signal kan återspegla vidhäftande litiska fragment eller feldspatiska inneslutningar i kvarts. I sådana fall bör kvartskorn dateras med fältspatprotokoll31. Dessa protokoll med modifieringar kan användas för att separera och bekräfta renheten hos andra mineraler för OSL-datering, såsom k-fältspat, plagioklas och olivin och pyroxen för andra planetapplikationer.
Förmågan att isolera en >99% kvartsseparerad och bekräfta renheten vid kornnivån är en förutsättning för noggrann luminiscensdatering. Datering av enkorniga och ultrasmå alikvoter (10-50 korn) kräver ytterligare verifiering av att luminiscensutsläppen från alla korn var från kvarts. I sin tur bygger tillämpningen av termiska överföringsmetoder som kan ge trovärdiga OSL-åldrar upp till en miljon år på rena kvartssignaler från mineralkorn6. En monomineralogisk kvartsseparat är grundläggande för tillämpning av OSL-SAR-protokoll, vilket ger en sekvens av åldrar för att dechiffrera depositionshistoriken för eoliska och fluviala system för den sena kvartären 1,2,32,33 (figur1 och figur 2). Kontaminering av kvartsalicnoteringar av de felaktiga K-fältspatkornen eller feldspatiska inneslutningar i kvarts eller vidhäftande litiska fragment ger en blandad dosimetrisk signal och benägen för avvikande blekning ger ofta underskattningar4. En ren kvartsseparation säkerställer emellertid inte absolut spektral renhet och lämpliga utsläpp för kvartsdatering. Effektiv OSL-datering kräver noggrann och fullständig isolering av kvartskorn och OSL-associerade mätvärden för att verifiera en ren kvarts separat mineralogiskt och spektralt 2,33,34.
Disclosures
Baylor University Geoluminescence Dating Research Laboratory, inom Institutionen för geovetenskap och tillhörande person, har inga intressekonflikter eller ekonomiska intressen som kan påverka utformningen av experiment eller analys, protokoll, resultat av forskning eller utbildningsverksamhet som utförs i labbet. Detta labb, inklusive all teknik inom och programvara, används enbart för att bedriva forskning, upptäckt, utbildning och mentorskap.
Acknowledgments
Stöd till Geoluminescence Dating Research Laboratory har tillhandahållits av Baylor University och bidrag från National Science Foundation (GSS-166023), National Geographic (#9990-1) och Atlas Sand. Upptäckten och lärandet i det här labbet förbättrades av våra många medarbetare, studenter och besökare som har gett nya perspektiv, idéer och tillvägagångssätt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10 mL pipette | VWR | 53044-139 | |
| 100 mL graduate cylinder | VWR | 24774-692 | |
| 100% China bristles brush | Subang | ||
| 2' Macro MC7 PVC Liner | Macro-Core | 46125 | |
| Analytical balance | Sartorius 1207 MP2 | 2107 | |
| Bransonic Ultrasonic cleaner | VWR | 97043-958 | |
| Calgonate Hydrofluoric Acid Burn Relief Gel, Calgonate | VWR CALGEL25 | 101320-858 | |
| Concentrated (48–51%) hydrofluoric acid (HF) | VWR | BDH3042 | |
| Core MC7 Soil Sampling System | Macro-Core | 216883 | |
| Deionized water (DIW) | Baylor University | DIW Faucet | |
| Geoprobe | Enviroprobe | 6620DT | |
| Hydrochloric acid 36.5–38.0% ACS, VWR Chemicals BDH | VWR | BDH3032-3.8LP | |
| Hydrogen peroxide (H2O2) 25% | VWR Chemicals BDH | BDH7814-3 | |
| Hydrogen peroxide 12% | VWR Chemicals BDH | BDH7814-3 | |
| Inductively coupled plasma mass spectrometry-ICP-MS | ALS Laboratories, Reno, NV | ME-MS81d | |
| Laser diffraction particle size analyzer Malvern Mastersizer 3000 | Malvern Panalytical | Mastersizer 3000 | |
| Lead hydrometer with range 2.00–3.00 g/cm3 | Thomas Scientific | 13K065 | |
| LOW PRESSURE SODIUM 35W CLEAR Sodium Vapor Lamp for Thomas Duplex Safelights | Interlighht | WW-5EGX-9 | |
| Magnetic rods and wands | Alnico V Magnet | Magnetic wands #21R584. Magnetic Stir Bar #21R590 | |
| Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 ml | INTLLAB | MS-500 | |
| Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 mL | INTLLAB | MS-500 | |
| Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 mL | INTLLAB | MS-500 | |
| MC5 PVC Liner | Macro-Core | 600993 | |
| MC5 Soil Sampling System (LWCR) | Macro-Core | 204218 | |
| Neodymium magnets | MIKEDE | 24100000 | |
| Nylon mesh | Gilson Company, INC | 500 μ= NM-B #35 450 μ= NM-1 #40-10 350 μ= NM-B #45 250 μ= NM-B #60 150 μ= NM-2 #100-10 100 μ= NM-C #140 63 μ= NM-C #230 45 μ= NM-3 #325-10 38 μ= NM-D #400 | |
| Optifix Dispensers, MilliporeSigma HCl bottle dispenser | VWR | EM-10108048-1. Serial F93279E | |
| Optifix Dispensers, MilliporeSigma HF bottle dispenser | VWR | EM-10108048-1. Serial 005499 | |
| Plastic beaker | VWR | 89172 | |
| Powdered POLY-GEE Brand Sodium Polytungstate (SPT-Na6 (H2W12O40) _H2O) | Geoliquids, INC. | SPT001 | |
| Premier binocular microscope | VWR | SMZ-05/Stereo Zoom Microscope/EA | |
| Quartz Griffin Beakers, Chemglass | VWR | 89028 | |
| REDISHIP Protector Premier Hood | VWR | 89260-056 | |
| RISø TL/OSL DA-20 | Risø National Laboratory, Denmar | TL/OS-DA-2 | |
| Rockwell F80 Sonicrafter electric saw | Rockwell | RK5121K | |
| Spectroscopy analyzer: DXR Raman microscope | Thermoscientific DXR Raman microscope | IQLAADGABFFAHCMBDI | |
| Squirt bottle | VWR | 10111 | |
| Tetrasodium diphosphate decahydrate 99.0–103.0%, crystals, BAKER ANALYZED ACS, J.T. Baker (Na4P2O7 10H2O) > 95%, | VWR | JT3850-1 | |
| Thomas Duplex Super SafeLight Sodium Photographic Darkroom Light USA | Freestyle | Model: 42122 |
References
- Murray, A. S., Wintle, A. G. The single aliquot regenerative dose protocol: Potential for improvements in reliability. Radiation Measurements. 37 (4-5), 377-381 (2003).
- Wintle, A. G., Murray, A. S. A review of quartz optically stimulated luminescence characteristics and their relevance in single-aliquot regeneration dating protocols. Radiation Measurements. 41, 369-391 (2006).
- Duller, G. A. T. RISO Luminescence Analyst, Version 4.57. , Available from: https://users.aber.ac.uk/ggd (2021).
- Aitken, M. J. An introduction to optical dating: the dating of Quaternary sediments by the use of photon-stimulated luminescence. , Oxford University Press. New York. (1998).
- Duller, G. A. T., Wintle, A. G. A review of the thermally transferred optically stimulated luminescence signal from quartz for dating sediments. Quaternary Geochronology. 7 (1), 6-20 (2012).
- Brown, N. D., Forman, S. L. Evaluating a SAR TT-OSL protocol for dating fine-grained quartz within Late Pleistocene loess deposits in the Missouri and Mississippi river valleys, United States. Quaternary Geochronology. 12, 87-97 (2012).
- Forman, S. Luminescence Dating in Paleoseismology. Encyclopedia of Earthquake Engineering. , Springer. Berlin Heidelberg. 1371-1378 (2015).
- Lepper, K., McKeever, S. W. S. An objective methodology for dose distribution analysis. Radiation Protection Dosimetry. 101 (1-4), 349-352 (2002).
- Tsukamoto, S., Duller, G. A. T., Wintle, A. G., Muhs, D. Assessing the potential for luminescence dating of basalts. Quaternary Geochronology. 6, 61-70 (2011).
- Li, S. H., Chen, G. Studies of thermal stability of trapped charges associated with OSL from quartz. Journal of Physics D-Applied Physics. 34 (4), 493-498 (2001).
- Fu, X., Li, S. H., Li, B. Optical dating of aeolian and fluvial sediments in north Tian Shan range, China: Luminescence characteristics and methodological aspects. Quaternary Geochronology. 30, 161-167 (2015).
- Hu, G., Li, S. -H. Simplified procedures for optical dating of young sediments using quartz. Quaternary Geochronology. 49, 31-38 (2019).
- Porat, N. Use of magnetic separation for purifying quartz for luminescence dating. Ancient TL. 24 (2), 33-36 (2006).
- Mejdahl, V.
- Fain, J., Soumana, S., Montret, M., Miallier, D., Pilleyre, T., Sanzelle, S. Luminescence and ESR dating-Beta-dose attenuation for various grain shapes calculated by a Monte-Carlo method. Quaternary Science Reviews. 18, 231-234 (1999).
- Prescott, J. R., Hutton, J. T. Cosmic ray contributions to dose rates for luminescence and ESR dating: large depths and long-term time variations. Radiation Measurements. 23, 497-500 (1994).
- Peng, L., Forman, S. L. LDAC: An excel-based program for luminescence equivalent dose and burial age calculations. Ancient TL. 37, 2 (2019).
- Lafuente, B., Downs, R. T., Yang, H., Stone, N. The power of databases: the RRUFF project. Highlights in Mineralogical Crystallography. , De Gruyter. Berlin, Germany, Boston. 1-30 (2015).
- Wintle, A. G. Luminescence dating: laboratory procedures and protocols. Radiation Measurements. 27, 769-817 (1997).
- Aitken, M. J. Thermoluminescence Dating. , Academic Press. London, UK. (1985).
- Porat, N., Faerstein, G., Medialdea, A., Murray, A. S. Re-examination of common extraction and purification methods of quartz and feldspar for luminescence dating. Ancient TL. 33 (1), 22-30 (2015).
- Andò, S. Gravimetric Separation of Heavy Minerals in Sediments and Rocks. Minerals. , 15 (2020).
- Nelson, M., Rittenour, T., Cornachione, H. Sampling methods for luminescence dating of subsurface deposits from cores. Methods and Protocols 2. 88, 1-15 (2019).
- Munsell Color. Munsell Soil Color Charts: with Genuine Munsell Color Chips. , Munsell Color. Grand Rapids, MI. (2010).
- USDA Natural Resources Conservation Service Soils. Keys to soil taxonomy. 20, United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service. Washington, DC. (2014).
- User Manual. Malvern Instruments Ltd. , Available from: https://www.malvernpanalytical.com/en/products/product-range/mastersizer-range/mastersizer-3000 (2013).
- Wentworth, C. K. A scale of grade and class terms for clastic sediments. Journal of Geology. 30 (5), 377-392 (1922).
- Mejdahl, V., Christiansen, H. H. Procedures used for luminescence dating of sediments. Boreas. 13, 403-406 (1994).
- Madsen, A. T., Duller, G. A. T., Donnelly, J. P., Roberts, H. M., Wintle, A. G. A. Chronology of hurricane landfalls at Little Sippewisset Marsh, Massachusetts, USA, using optical dating. Geomorphology. 109, 36-45 (2009).
- Durcan, J. A., Duller, G. A. T. The fast ratio: A rapid measure for testing the dominance of the fast component in the initial OSL signal from quartz. Radiation Measurements. 46, 1065-1072 (2011).
- Wang, Y., Chen, T., Chongyi, E., An, F., Lai, Z., Zhao, L., Liu, X. -J. Quartz OSL and K-feldspar post-IR IRSL dating of loess in the Huangshui river valley, northeastern Tibetan plateau. Aeolian Research. 33, 23-32 (2018).
- Murray, A., Olley, J. Precision and accuracy in the optically stimulated luminescence dating of sedimentary quartz: A status review. Geochronometria. 21, 1-16 (2002).
- Murray, A. S., Wintle, A. G. Luminescence dating of quartz using an improved single-aliquot regenerative-dose protocol. Radiation Measurements. 32 (1), 57-73 (2000).
- Timar-Gabor, A., Wintle, A. G. On natural and laboratory generated dose response curves for quartz of different grain sizes from Romanian loess. Quintenary Geochronology. 18, 34-40 (2013).
