Methodenartikel

Isolatie van kwartskorrels voor optisch gestimuleerde luminescentie (OSL) Datering van quaternaire sedimenten voor paleomilieuonderzoek

4.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/62706

⸱

2 augustus 2021

 ,  ,  ,  ,  , 
1Geoluminescence Dating Research Laboratory, Dept. of Geosciences, Baylor University, 2School of Earth Sciences, Zhejiang University

In dit artikel

Samenvatting

Dit protocol is voor de isolatie van kwartskorrels naar grootte voor luminescentiedatering van sedimenten. Geschetst zijn fysieke reiniging en chemische verteringen door achtereenvolgens te weken in H2O2, HCl, HF en HCl opnieuw om kwartskorrels te isoleren. De kwartszuiverheid wordt gekwantificeerd met microscopische beoordeling, Raman-spectroscopie en IR-depletieverhouding.

Samenvatting

Optisch gestimuleerde luminescentie (OSL) datering kwantificeert de tijd sinds minerale korrels werden afgezet en afgeschermd van extra blootstelling aan licht of warmte, wat de luminescentieklok effectief reset. De systematiek van OSL-datering is gebaseerd op de dosimetrische eigenschappen van veel voorkomende mineralen, zoals kwarts en veldspaat. De verworven luminescentie met blootstelling aan natuurlijke ioniserende straling na begraven biedt een afzettingsleeftijd voor veel Quartaire sedimentaire systemen, verspreid over de afgelopen 0,5 Ma. Deze bijdrage beschrijft de procedures voor het scheiden van zuivere kwartskorrels van een bekend bereik van deeltjesgroottes om luminescentieanalyse met kleine of enkelkorrelige aliquots te vergemakkelijken. In het bijzonder worden protocollen gegeven voor de benodigde gegevens en interpretaties voor effectieve OSL-datering van terrestrische sedimentkernen of monsterbuizen van blootstellingen. Deze kernen, 5-20 m lang in secties van 1,2 m, worden in de lengte gesplitst en gekroond waardoor 80% van het kernvolume ongestoord blijft, wat het bemonsteren van lichtbeschermd sediment voor OSL-datering diep in de kern vergemakkelijkt. Sedimentmonsters worden vervolgens onderworpen aan een reeks fysieke scheidingen om een bepaald interval van korrelgrootte te verkrijgen (bijvoorbeeld 150-250 μm). Magnetische mineralen worden in natte en droge toestanden verwijderd met behulp van magneten. Een reeks chemische verteringen begint met weken in H2O2 om organisch materiaal te verwijderen, gevolgd door HCl-blootstelling om carbonaatmineralen te verwijderen, gevolgd door dichtheidsscheiding. Vervolgens worden korrels gedurende 80 minuten in HF geweekt en daarna in HCl om uitsluitend kwartskorrels te maken. De mineraloge zuiverheid (>99%) van het kwartsextract wordt gekwantificeerd met graan petrografische beoordeling en Raman spectroscopie. Het herhalen van deze kwartsisolatieprocedure kan nodig zijn met sediment dat <15% kwartskorrels bevat. Excitatie van de gezuiverde kwartskorrels door LED-afgeleid blauw en IR-licht maakt berekeningen mogelijk van de snelle en IR-depletieverhoudingen, die metrieken zijn om de dominantie van luminescentie-emissies van kwarts te beoordelen.

Inleiding

Optisch gestimuleerde luminescentie (OSL) geochronologie levert de tijd op vanaf de laatste blootstelling aan licht of warmte na sedimenterosie, afzetting en begraving; en verdere blootstelling aan licht of warmte. Natuurlijke sedimentaire processen of verhittingsgebeurtenissen (>300 °C) verminderen dus het eerder overgeërfde luminescentiesignaal tot een consistent laag niveau. In de afgelopen twee decennia zijn er aanzienlijke vorderingen gemaakt in luminescentiedatering, zoals enkelvoudige aliquot en korrelanalyse van specifieke minerale korrels, zoals kwarts. Deze experimentele dateringsprotocollen met blauwe of groene diodes kunnen effectief compenseren voor gevoeligheidsveranderingen die in het laboratorium worden geïnduceerd, waardoor OSL-leeftijden voor het verleden ca. 500 ka 1,2,3 worden.

Silicaatmineralen zoals kwarts en kaliumveldspaat hebben verschillende kristalroosterladingsdefecten; sommige gevormd op het moment van minerale kristallisatie en andere als gevolg van latere blootstelling aan ioniserende straling, resulterend in geochronometrisch potentieel. Deze defecten zijn waarschijnlijke locaties van elektronenopslag met valdiepte-energieën van ~ 1,3-3 eV. Een subpopulatie van ingesloten elektronen in roosterladingsdefecten van kwartskorrels is een bron voor tijddiagnostische luminescentie-emissies met excitatie door blauw licht. Deze luminescentie-emissie neemt dus toe met de tijd, boven het zonne- of warmteresetniveau met blootstelling aan ioniserende straling tijdens de begrafenisperiode. Dit signaal wordt gereduceerd tot een laag, definieerbaar niveau ("zeroed") met daaropvolgende blootstelling aan zonlicht met sedimenterosie, transport en afzetting. Deze luminescentie "cyclus" komt voor in de meeste afzettingsomgevingen op aarde en andere planeten. Osl-datering van sedimentaire kwartskorrels biedt dus een afzettingsleeftijd, die de tijd weerspiegelt die is verstreken sinds de laatste blootstelling aan licht met afzetting en begraving (figuur 1).

Luminescentiedatering is een dosimetrische techniek die leeftijdsschattingen oplevert voor geselecteerde minerale korrels, zoals kwarts, uit eolische, fluviale, lacustriene, mariene en colluviale sedimenten geassocieerd met opsombare contexten voor geomorfisch, tektonische, paleontologische, paleoklimatologische en archeologisch onderzoek 2,4,5,6,7. OSL-datering wordt ook geëvalueerd om oppervlakteprocessen op andere planeten te beperken, met name op Mars 8,9. Vaak is het meest gebruikte mineraal in OSL-datering op aarde kwarts, wat de natuurlijke overvloed weerspiegelt, een inherente gevoeligheid als een geochronometer, signaalstabiliteit en snelle reset met blootstelling aan zonlicht (seconden tot minuten)4,10,11,12. De nauwkeurigheid van OSL-datering wordt echter aangetast als het kwartsextract onzuiver is, vooral als het wordt verontreinigd door kalium en andere veldspaten, die luminescentie-emissies kunnen hebben die tien tot honderd keer helderder zijn dan kwarts en leeftijdsonderschattingen 13 kunnen opleveren. Daarom is de absolute (>99%) zuiverheid voor extracten van kwartskorrels uit sediment cruciaal voor nauwkeurige OSL-datering. De focus van deze bijdrage ligt dus op het bieden van gedetailleerde procedures voor het isoleren van sterk gezuiverde kwartskorrels gescheiden van een verscheidenheid aan polyminerale sedimenten. Dit vereist integratie van kennis van mineralogie, kristalchemie; optische en Raman-beeldvorming, om laboratoriumprotocollen effectief toe te passen, om OSL-leeftijden weer te geven op kwartskorrels uit zorgvuldig bemonsterde lagen uit opgehaalde sedimentkernen. De sedimentkernen werden verzameld door een push- en percussiecoringmethode, waarbij intact sediment tot een diepte van 20-25 m werd opgehaald.

Het OSL-tijdgevoelige signaal wordt relatief snel gereset met minuten tot uren blootstelling aan zonlicht. Het geologische OSL-signaal hoopt zich op vanaf dit zonne-resetniveau. Hoewel de OSL-emissies van kwarts aanzienlijk variabel zijn, wat de oorspronkelijke kristallijne structuur, roosteronzuiverheden, sensibilisatie met luminescentie-resetcycliweerspiegelt 14 (figuur 1). Er is dus inherente variabiliteit in de dosisgevoeligheid van kwarts en er moeten dateringsprotocollen worden ontwikkeld voor specifieke mineralogische en sedimentaire herkomst. Gelukkig leverde de opkomst van enkelvoudige aliquot regeneratieve (SAR) dosisprotocollen voor kwarts 1,2 systematiek op om de variabiliteit in de OSL-emissies te herstellen en metrieken om laboratoriumveranderingen in schijnbare OSL-gevoeligheid te evalueren. Sedimentkorrels functioneren als langdurige stralingsdosimeters wanneer ze worden verborgen voor verdere blootstelling aan licht, waarbij het luminescentiesignaal dient als een maat voor de blootstelling aan straling tijdens de begraafperiode. De stralingsdosis die gelijk is aan de natuurlijke luminescentie-emissie van geïsoleerde kwartskorrels wordt de equivalente dosis (De: in grijs, Gy) genoemd, wat de teller is van de OSL-leeftijdsvergelijking (vergelijking 1). De noemer is het dosistempo (Dr: Grays/jr.), gedefinieerd door het bijdragen van α, β en γ straling, afkomstig van het radioactieve verval van dochterisotopen in de 235U, 238U, 232Th vervalreeks, 40K, en met minder bijdragen van het verval van 85Rb en kosmische en galactische bronnen.

OSL-leeftijd (jr) = figure-introduction-1 (Vergelijking 1)

Waarbij Dα = alfadosis Dβ = bètadosis Dγ = gammadosis Dc = kosmische dosis en w=waterverzwakkingsfactor.

Een andere methode voor u en Th-bepalingen in het laboratorium of het veld is gammaspectrometrie, waarbij de Germaniumvariant u en Th isotopische onevenwichtigheid kan kwantificeren met geschikte aanpassingen van het dosistempo. De bèta- en gammacomponenten van het omgevingsdosistempo moeten worden aangepast voor massademping15. Er is echter een effectief onbeduidende alfadosis voor korrels > 50 μm met de buitenste 10-20 μm korrels verwijderd door behandeling met onverdunde HF tijdens de bereiding. Een kritieke component in de beoordeling van het dosistempo is de kwantificering van de kosmische en galactische dosis tijdens de begrafenisperiode, die wordt berekend voor specifieke punten op aarde met aanpassingen voor lengtegraad, breedtegraad, hoogte, begraafdiepte en dichtheid van bovenliggend sediment16,17.

Sedimenten die > 15% kwarts bevatten, zijn meestal relatief eenvoudig voor het scheiden van een kwartsfractie met een hoge zuiverheidsgraad. Sedimenten met < 15% kwarts hebben echter vaak extra tijd nodig om de benodigde mineralogische zuiverheid voor OSL-datering te garanderen. Ongeveer 500-1000 kwartskorrels zijn nodig voor deze analyse, maar vaak worden duizenden korrels gescheiden voor dubbele analyses, archivering om een kalibratiebibliotheek uit te breiden en toekomstige ontwikkelingen. De mineralogische samenstelling van sedimentmonsters wordt in eerste instantie beoordeeld, graan voor korrel, door petrografische analyse door middel van een binoculaire microscopische (10-20x) en bijbehorende imagine-analyse. De mineralogie van individuele korrels wordt verder getest door Raman-spectroscopie om graanspectra te meten met behulp van een excitatielaser (455 nm, 532 nm, 633 nm of 785 nm) en graanemissies statistisch te vergelijken met bekende minerale spectra uit de RRUFF System Database18.

Zodra de visuele en spectrale inspectie bevredigend is, wordt de zuiverheid van het OSL-signaal verder gecontroleerd, met behulp van een geautomatiseerd luminescentielezersysteem. Drie tot vijf aliquots van het monster worden blootgesteld aan infrarood excitatie (IR = 1,08 watt bij 845 nm ± 4 nm), die bij voorkeur veldspaatmineralen stimuleert, en deze emissie wordt vergeleken met emissies door blauwlichtexcitatie (Bl = 470 nm ± 20 nm), die bij voorkeur kwarts stimuleert. Als de verhouding IR/Bl ≥ 5% bedraagt, geeft de test veldspaatverontreiniging en zure verteringen aan. Als de verhouding IR/Bl <5%, dan worden de monsters geacht kwartsfractie naar tevredenheid te dateren.

Enkelvoudige aliquotregeneratie (SAR) protocollen op kwartskorrels is een vaak gebruikte benadering in OSL-dateringssedimenten met procedures die zijn afgestemd op een specifiek monster, een onderzoekslocatie of een gebied. De reproduceerbaarheid van deze protocollen wordt bepaald door kwartskorrels een bekende bètadosis te geven (bijv. 30 Gy) en te evalueren welke warmtevoorbehandeling deze bekende dosis herstelt (figuur 2). In de praktijk omvat het bepalen van een De met de SAR-protocollen de berekening van een verhouding tussen de natuurlijke luminescentie en de luminescentie uit een bekende testdosis (Ln/Tn-verhouding ), die wordt vergeleken met de luminescentie-emissies voor regeneratieve doses gedeeld door de luminescentie van dezelfde testdosis (Lx/Tx) (figuur 2 ). Een correctie, een consequent toegepaste testdosis (bijv. 5 Gy), is bedacht om te compenseren voor veranderingen in de gevoeligheid van kwartskorrels met metingen door SAR-cycli. Vaak nemen de OSL-emissies met >5% toe bij elke opeenvolgende SAR-cyclus, hoewel dezelfde dosis (bijv. 5 Gy)7.

Ten minste veertig aliquots kwarts of 500 korrels worden geanalyseerd met TL / OSL-lezersysteem, met blauw licht excitatie. De gegenereerde luminescentiegegevens worden geanalyseerd door software die is gekoppeld aan het Risø TL/OSL-DA-20-lezersysteem. De De - en Dr-waarden en leeftijdsschattingen worden berekend met behulp van de Luminescence Dose and Age Calculator (LDAC)17. Dit platform past statistische modellen toe om equivalente dosiswaarden (De) te bepalen en de bijbehorende OSL-leeftijd weer te geven met beperkte fouten.

Het geëxtraheerde licht afgeschermde monster uit een kern wordt om twee redenen bereid: 1) Om een mineralogische fractie van kwartskorrels met een zuiverheid van >99% te verkrijgen, en 2) Om korrels van specifieke groottefractie te isoleren, bijvoorbeeld 150-250 μm, voor beoordeling van de omgeving Dr voor OSL-datering17. In veel sedimentaire omgevingen komen kwartskorrels vaak voor; maar gemengd met andere silicaat en niet-silicaat mineralen, gesteentefragmenten en organisch materiaal. Eerder werden de procedures kort geschetst, waarbij enkele specifieke stappen en reagentia werden aangegeven die nodig zijn om zuivere kwartskorrels te isoleren in de context van OSL-datering 13,19,20,21,22,23. Deze bijdrage heeft veel baat gehad bij deze eerdere benaderingen. Dit artikel schetst herziene en meer gedetailleerde protocollen met behulp van petrografische beeldvorming en Raman-technologie om graanmineralisatie te controleren en zeer zuivere (>99%) kwartsextracten te maken voor luminescentiedatering. Deze kwartsisolatieprotocollen zijn ontwikkeld na het voorbereiden van honderden monsters uit diverse geologische omgevingen in Noord- en Zuid-Amerika, Eurazië, China en Africain, het Baylor Geoluminescence Dating Research Laboratory, dat analytische ervaring van meer dan dertig jaar weerspiegelt, en zijn geen definitieve methoden, met geschikte variaties die door andere laboratoria worden gebruikt. Dit zijn geen statische protocollen en aanpassingen en aanvullingen voor verbetering zijn welkom.

Protocol

OPMERKING: Deze sectie presenteert de procedures om een bijna zuivere (>99%) kwartsfractie te scheiden van polyminerale sedimenten uit lange (15-20 m) sedimentkern en zijn evenzeer van toepassing op individuele buisachtige monsters verzameld uit ontsluitingen23. Deze methodologie is onderverdeeld in drie componenten: (1) Opening van sedimentkernen, beschrijving en interpretatie van sedimentaire omgevingen om de resulterende OSL-leeftijd in een paleo-omgevingscontext te plaatsen, (2) Ophalen van een klein OSL-sedimentmonster uit een kern zonder blootstelling aan omgevingslicht, en (3) Scheiding van een monominerge kwartsextract bij een fractie van specifieke grootte (bijv. 150-250 μm). De eerste stap wordt uitgevoerd onder omgevingslichtomstandigheden. De tweede en derde componenten worden uitgevoerd met verlichting door een natriumdamplamp, equivalente LED's of lampen met een rood tot oranje filter. Tests hebben aangetoond dat deze veilige lichtomstandigheden met emissies gecentreerd op 589 nm met ongeveer 1-0,5 W / m2 op het bankoppervlak geen onbedoelde reset veroorzaken tijdens graanbereidingen.

1. Open, beschrijf en interpreteer sedimentkernen (figuur 3)

OPMERKING: Gebruik een elektrische zaag met een diameter van ongeveer een kwart (0,5 radiale positie) van de omtrek van de kern om ze in de lengte te openen. Voer deze "kroon" -kernsnede uit in plaats van een halve snede om meer onverlicht blootgesteld sediment te behouden voor OSL-datering en andere analyse zonder afbreuk te doen aan zorgvuldige visuele inspectie, bemonstering en beschrijving van de kern.

  1. Log en evalueer de sedimentologische en pedologische kenmerken van een kern.
    1. Evalueer de variatie in sedimentologische kenmerken zoals veranderingen in deeltjesgrootte, sedimentaire en diagenetische structuren, bedding indien zichtbaar, Munsell-kleuren24, de basis voor eenheidsgrenzen25 en het identificeren van sequenties van lagen.
    2. Macro-pedologische kenmerken vaststellen, waaronder carbonaat-, argillische en cummlic morfologieën; rubificatie en bijbehorende horizonaanduiding; en sporenfossielen.
    3. Neem 1-2 g van het sediment met een spatel, doe het in een 50 ml zuurbestendig bekerglas om het carbonaatgehalte gasometrisch te beoordelen.
      1. Plaats het bekerglas gedurende ten minste 8 uur in een goed geventileerde boxoven (40 °C) om het monster te drogen, weeg vervolgens op een precisieweegschaal en annoteer het gewicht voor elk monster in het laboratoriumboek.
      2. Voeg 30 ml 15% HCl toe aan het monster, plaats het onbedekt in een zuurkast en laat het gedurende ten minste 30 minuten reageren. Voeg zuur toe totdat de reactie is voltooid.
        LET OP: HCl-zuur moet altijd worden gebruikt in een zuurkast, met de vleugel niet meer dan een kwart open. Een laboratoriumjas, chemicaliënbestendige handschoenen, veiligheidsbril en een schild zijn vereist bij het hanteren van HCl. Plaats dit mengsel in een zuurkast gedurende 8 uur bedekt met een waspapieren afdichtmiddel. De reactie van HCl met Ca/MgCO3 is exotherm. Plaats het bekerglas dus in een keramische kom van 300 ml gevuld met 100 ml koud kraanwater om de reactie te koelen en reactiemorsen op te vangen.
      3. Was het monster met 100 ml gedeïoniseerd water (DIW), decanteer het supernatant voorzichtig in om te zinken zonder het sediment te verliezen.
      4. Breng het monster gedurende ten minste 24 uur droog in de oven (40 °C); weeg en noteer de waarde.
      5. Kwantificeer het massaverschil tussen ovengedroogde monsters voor en na het weken in 15% HCl om het carbonaatgehalte te beoordelen (%).
    4. Verwijder 0,5-1,0 g sedimenten voor deeltjesgrootteanalyse om de 5-10 cm in de kern. Plaats elk sedimentmonster in een 100 ml zuurbestendig bekerglas. Label de monsters in bekers dienovereenkomstig.
    5. Zeef de sedimenten door een maas van 2000 μm. Gooi het sediment weg >2000 μm (groter dan zand). Vervolg het proces met het resterende sediment <2000 μm.
    6. Voeg 30 ml 15% HCl toe om carbonaat uit het monster te verwijderen. Herhaal stap 1.1.3.1-1.1.3.5
    7. Verwijder de organische stof met 30 ml van 12% H2O2 en laat het >12 uur staan; niet verhitten.
      LET OP: H2O2 bevordert snelle oxidatie, is corrosief en kan zeer schadelijk zijn voor de ogen, de huid en het ademhalingssysteem. Een laboratoriumjas, chemicaliënbestendige handschoenen, veiligheidsbril en een schild zijn vereist bij het hanteren van reagenskwaliteit H2O2. De toevoeging van H2O2 aan sediment dat organisch materiaal bevat, is een exotherme reactie. De snelle temperatuurstijging is evenredig met de hoeveelheid organisch materiaal die in het monster wordt verspreid. De toevoeging van DIW kan nodig zijn om de reactietemperatuur <40 °C te houden. Blijf H2O2 toevoegen en bewaak tegelijkertijd de reactietemperatuur. Laat het mengsel 8 uur in een zuurkast blijven zitten, afgedekt met een waspapieren kit. Plaats het bekerglas in een keramische kom van 300 ml gevuld met 100 ml koud kraanwater om de reactie te koelen en gemorste reacties op te vangen.
    8. Bepaal de korrelgroottes voor elk monster met een laserdiffractiedeeltjesgrootteanalysator en classificeer het bereik van korrelgroottes volgens de Wentworth-schaal26,27.
    9. Beoordeel de gegevens en herhaal iteratief het aantal pixels met behulp van fijnere afstand (2-5 cm) om de eenheidscontacten beter te karakteriseren of de afdruk van pedogenese (zie figuur 4).
  2. Interpreteer de sedimentaire en stratigrafische secties.
    1. Gebruik de resulterende logboeken van sedimentologie, stratigrafie, pedologie, granulometrie en carbonaatpercentage om de afzettingseenheden en pedosedimentaire facies in kernen te definiëren.
    2. Stel de respectieve sedimentaire secties voor elke kern op (figuur 4).
    3. Interpreteer de sedimentaire en milieu-informatie op basis van een geïntegreerde beoordeling van de fysische kernbeschrijving en granulometrie, carbonaatgehalte, micromorfologie en faciesanalyse. Bespreek de interpretatie van sedimentaire omgevingen met anderen in de onderzoeksgroep.
    4. Bepaal specifieke diepteniveaus van de kernen die moeten worden bemonsterd voor OSL-datering om afzettingsgebeurtenissen te ontcijferen7.

2. Verzamel OSL-monster (figuur 5)

OPMERKING: De kernsecties worden overgebracht naar het luminescentielaboratorium om te bemonsteren voor OSL-datering in veilige lichtomstandigheden.

  1. Bevochtig het kernvlak met DIW met behulp van een knijpfles om de sedimentcohesie te garanderen.
  2. Definieer het bemonsteringsgebied door met een spatel een cirkel met een diameter van 2 cm te scoren vanaf het middelpunt van het kernvlak.
  3. Schraap de bovenste 1 cm licht blootgesteld sediment af met een gebruiksmes. Doe dit bezinksel in een gelabelde keramische verdampingsschaal om minstens 8 uur te drogen in een boxoven bij 40 °C. Verpulver en homogeniseer dit gedroogde sedimentmonster voor U-, Th-, K- en Rb-gehalte voor dosissnelheidsberekeningen.
    OPMERKING: Wijs het monster bijvoorbeeld een opeenvolgend laboratoriumnummer toe (bijv. BG4966) om te labelen op elke container die een afgeleide van het oorspronkelijke monster bevat (bijv. BG4966 <200 μm). Koppel dit BG-nummer aan het elektronische laboratoriumlogboek, dat samen met het monsterveld of het indieningsnummer is geregistreerd. Vermeld andere informatie, zoals het kernnummer, het verzamelde jaar, de aanduiding van de schijf (bijvoorbeeld B-schijf) en de diepte. Het labelen van submonsters in het laboratorium is een kritieke taak en moet nauwkeurig worden uitgevoerd om de keten van monsterbewaring te behouden.
  4. Extraheer (10-30 g) het licht afgeschermde sediment voorzichtig met een spatel uit het cirkelvormige, centrale deel van de kern. Doe het extract in een geëtiketteerd polyethyleen bekerglas van 250 ml. Reinig dit monster fysisch en chemisch om een kwartsfractie te isoleren voor luminescentiedatering.
    OPMERKING: Voer kernbemonstering uit in één richting (meestal van boven naar beneden) en één voor één om bemonsteringsfouten en verontreiniging te voorkomen. Verwerk de monsters individueel, in numerieke volgorde, om de bewakingsketen te behouden.
  5. Vul de resterende monsterholte in de kern met een bal aluminiumfolie om de monsterpositie aan te wijzen en te voorkomen dat de zijwand instort van de gespleten kern. Bevochtig het kernvlak met DIW met behulp van een spuitfles, wikkel in plastic en sluit de kern af voor archivering.

3. Extract mono-mineralogische kwarts ( Figuur 6)

OPMERKING: Al het personeel voorafgaand aan het starten van procedures in het laboratorium is verplicht om persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM's) te dragen, waaronder een zware en ondoordringbare laboratoriumjas, vergezeld van nitril wegwerphandschoenen en -brillen, en stofmaskers. Deze PBM wordt aangevuld met zware PVC-handschoenen en een lichaams lang schort, acryl gezichtsscherm en herbruikbare siliconen waterdichte schoenovertrekken bij gebruik van oplosmiddelen op volle sterkte voor de spijsvertering.

  1. Organisch materiaal verwijderen: Voeg langzaam 30 ml 25% H2O2 tot 30-60 g van het sediment toe aan een polyethyleenbeker van 250 ml om organisch materiaal te verwijderen. Roer goed met een glazen staaf om de reactie te vergemakkelijken. Voeg H2O2 toe totdat er geen zichtbare bruising is met het vrijkomen van CO2; laat het minstens 12 uur in de zuurkast zitten.
    LET OP: Voer deze procedure uit onder een zuurkast. H2O2 bevordert een snelle oxidatie, is corrosief en kan zeer schadelijk zijn voor de ogen, de huid en het ademhalingssysteem. Een laboratoriumjas, chemicaliënbestendige handschoenen, veiligheidsbril en een schild zijn vereist bij het hanteren van reagenskwaliteit H2O2. De toevoeging van H2O2 aan sediment dat organisch materiaal bevat, is een exotherme reactie. De snelle temperatuurstijging is evenredig met de hoeveelheid organisch materiaal die in het monster wordt verspreid. De toevoeging van DIW kan nodig zijn om de reactietemperatuur <40°C te houden. Blijf H2O2 toevoegen en bewaak tegelijkertijd de reactietemperatuur. Laat het mengsel 12 uur onder een zuurkast blijven liggen, afgedekt met een waskit. Plaats het bekerglas in een keramische kom van 300 ml gevuld met 100 ml koud kraanwater om de reactie te koelen en gemorste reacties op te vangen.
    OPMERKING: Als het gehalte aan organische stof >3% is, kan het monster 1-3 dagen weken in H2O2 nodig hebben om volledig met organische koolstof te reageren. Controleer de exotherme warmte die is geëvolueerd en voeg DIW toe om deze onder de 40 °C te houden. Verwarm het monster niet boven 40 °C. Hogere temperaturen kunnen leiden tot gedeeltelijke reset van het luminescentiesignaal en gevoeligheidsveranderingen die schadelijk zijn voor dosimetrische metingen.
  2. Was het monster vijf keer met 100 ml DIW om de resterende H2 O 2en halogeniden in het sediment te verwijderen. Nadat je 30-60 minuten hebt gesetteld, decanteer je het supernatant in de gootsteen met het stromende water. Zorg ervoor dat het sediment op de bekerbodem tijdens het decanteren behouden blijft.
  3. Voeg langzaam 30 ml 15% HCl toe voor elke 5 g sediment in een bekerglas van 250 ml om te reageren met de Ca/MgCO3 verspreid in het monster. Voeg in eerste instantie ≤ 1 ml toe om bruisen te beoordelen en verdere HCl-toevoegingen te moduleren om een betere reactie te beheersen. Roer goed met een glazen staaf om de voltooiing van de reactie te vergemakkelijken. Voeg indien nodig meer HCl toe totdat er geen zichtbare bruis is met het vrijkomen van CO2.
    LET OP: Gebruik HCl in een zuurkast, met de vleugel niet meer dan een kwart open. Een laboratoriumjas, chemicaliënbestendige handschoenen, veiligheidsbril en een schild zijn vereist bij het hanteren van deze en andere zuren. De reactie van HCl met Ca/MgCO3 is exotherm. De toevoeging van DIW kan nodig zijn om de reactietemperatuur <40 °C te houden. Blijf HCl toevoegen en bewaak tegelijkertijd de reactietemperatuur. Laat het mengsel 8 uur in een zuurkast blijven zitten, afgedekt met waspapier. Plaats het bekerglas in een keramische kom van 300 ml gevuld met 100 ml koud kraanwater om de reactie te koelen en gemorste reacties op te vangen.
    1. Was het monster vijf keer met 100 ml DIW en decanteer voorzichtig om overtollig (verdund) HCl in een gootsteen te verwijderen met stromend water.
    2. Droog het bezinksel een nacht in een boxoven op 40 °C.
  4. Verwijder de magnetische, paramagnetische en diamagnetische mineralen.
    OPMERKING: De meeste sedimenten bevatten < 10% magnetische mineralen. Voer magnetische minerale verwijdering van het sediment uit in droge toestand met behulp van neodymiummagneten of natte toestand met behulp van het dispergeermiddel Na-pyrofosfaat (Na4P2O7·10H2O) oplossing (0,3%). Verwijdering van magnetische en bijbehorende mineralen is noodzakelijk omdat deze componenten concurreren met HF-etsen van kwarts en het oplossen van andere silicaatmineralen.
    1. Wikkel een neodymiummagneet van ~ 2,5 cm lang in met een nylon mesh-huls van 38 μm voor het verwijderen van droge sedimenten van magnetische mineralen.
    2. Plaats de gewikkelde magneet op de buitenwand van het bekerglas en beweeg in een cirkelvormige beweging om magnetische mineralen aan te trekken.
    3. Beweeg de magneet langzaam naar de bovenkant van het bekerglas om de mineralen in een keramische schaal van 20 ml te extraheren. Verwijder de magneet en maak de magnetische mineralen los die aan de nylon huls zijn bevestigd.
    4. Herhaal stap 3.4.1-3.4.3 totdat u de magnetische korrels volledig verwijdert; meestal na 5 tot 6 herhalingen.
    5. Om de magnetische korrels in een oplossing op waterbasis te verwijderen, plaatst u het sediment in een glazen bekerglas van 250 ml met ~ 100 ml 0,3% Na-pyrofosfaatoplossing en roert u grondig totdat het sediment goed is uitgesplitst.
    6. Plaats het bekerglas op een hete plaat met een ingebouwde magneetroerder; stel de roersnelheid in op 800 RPM bij omgevingslaboratoriumtemperatuur. Dompel de magnetische staafjes onder en roer het sediment gedurende 5 minuten.
    7. Verwijder de staafjes om aangetrokken magnetische korrels schoon te maken door te wrijven met een doek of een andere magneet voordat u de magneten terugbrengt naar de oplossing. Herhaal dit totdat er geen magnetische mineralen zijn teruggewonnen; er kunnen maximaal vijf herhalingen nodig zijn.
      OPMERKING: Een binoculaire microscopische inspectie van het monster wordt geadviseerd om de status van magnetische mineraalverwijdering te beoordelen. Samen is de droge en natte magnetische mineraalverwijdering meestal >95% effectief.
  5. Scheid een specifieke korrelgroottefractie.
    OPMERKING: Het deeltjesgroottebereik van de te scheiden kwartskorrels is gebaseerd op de eerder bepaalde deeltjesgrootteverdeling voor elk monster (zie stap 1.1.5). Gangbare deeltjesgroottebereiken om kwartskorrels te scheiden zijn 500-450 μm, 450-355 μm en 355-250 μm voor middelmatig zand, 250-150 μm en 150-100 μm voor fijn zand en 100-63 μm voor zeer fijn zand.
    1. Snijd vierkanten van 15 cm x 15 cm uit rollen nylon gaas van twee groottes (bijv. 150 μm en 250 μm) voor isolatie van deeltjesgrootte met behulp van nat zeven met wegwerpgaas.
    2. Frame het gesneden gaas in een cirkelvormige plastic geleider met een binnendiameter van 10 cm. Om bijvoorbeeld de fijne zandfractie 150-250 μm te richten, gebruikt u twee kadernetten sequentieel: 250 μm eerste en 150 μm seconde.
    3. Etiketteer drie bekers met het laboratoriummonsternummer (BGXXXX) en zeeflimieten; >150 >250 μm en 250-150 μm (inzet figuur 6A).
    4. Plaats de cirkelvormige zeefgeleider strak met ingelijst gaas, gebruik bijvoorbeeld eerst 250 μm (grovere korrelgrootte) over een bekerrand van 1 L (10,5 cm diameter).
    5. Zeefmonster tot het beoogde deeltjesgroottebereik, bijvoorbeeld 250-150 μm. Stel een bekerglas van 1 L in met een maasgeleider van 250 μm bovenop; klaar om te zeven.
    6. Voeg ~ 100 ml 0,3% oplossing van Na-pyrofosfaat toe aan een bekerglas van 250 ml dat het niet-magnetische sediment bevat dat is verkregen in stap 3.4.7 en roer grondig met een glazen weg om deeltjesdispersie te vergemakkelijken.
    7. Blijf het gedispergeerde sedimentmengsel handmatig ronddraaien en giet langzaam door het gaas van 250 μm. Het sediment van deeltjes < 250 μm groot gaat door het gaas in het onderste bekerglas en is het doelwit voor verdere groottescheiding. Archiveer het sediment dat achterblijft op het gaas (>250 μm) voor mogelijke toekomstige analyse.
    8. Plaats het gaas van 150 μm over een nieuw droog bekerglas van 1 L. Neem het gedispergeerde sedimentmengsel van stap 3.5.7, blijf in de hand wervelen en giet langzaam door het gaas van 150 μm. Het sediment van deeltjes < 150 μm groot gaat door het gaas in het onderste bekerglas. Archiveer het sediment voor mogelijke toekomstige analyse. Het sediment dat overblijft op de 150-maas is de doelgroottefractie, 150-250 μm, voor OSL-datering.
    9. Droog de sedimenten een nacht in een boxoven bij 40 °C.
  6. Isoleer kwartskorrels van de grootte van 250-150 μm afzonderlijk (Inzet Figuur 6B).
    OPMERKING: Deze procedure omvat twee dichtheidsscheidingen met behulp van de niet-toxische zware vloeistof Natriumpolytungtoestand (SPT-Na6 (H2W12O40) _H2O) bij dichtheden van 2,6 g/cc en 2,7 g/cc. Meng het poeder met DIW om deze zware vloeistof te vormen. Om 100 ml van de zware vloeistof met een dichtheid van 2,6 g / cc te bereiden, voegt u 205,5 g SPT toe aan 54,5 ml DIW. Overwegende dat, om 100 ml van de zwaardere vloeistof met een dichtheid van 2,7 g/cc te bereiden, 217,5 g SPT wordt toegevoegd aan 52,7 ml DIW. Beoordeel de dichtheid van de zware vloeistof met vooraf gekalibreerde dichtheidsparels en een hydrometer.
    LET OP: Gebruik alleen DIW om zware vloeistoffen te bereiden, omdat leidingwater opgeloste ionen bevat die reageren en de samenstelling van het SPT-poeder veranderen. Om een homogene oplossing van de gewenste dichtheid te genereren, voegt u het SPT-poeder toe aan het water en niet aan de toonbank.
    1. Label twee bekers van 100 ml met het monsternummer dat "<2.6" toevoegt aan het ene bekerglas en ">2.6" aan het andere bekerglas. Houd een bekerglas van 1 L klaar om de zware vloeistof die met DIW uit het monster is gewassen, op te vangen.
    2. Meng grondig 80-70 ml van 2,6 g/cm3 zware vloeistof met de droge fractie van het sediment verkregen in stap 3.5.8. Giet het mengsel in een goed gelabelde 100 ml graduele cilinder. Bedek de bovenkant met een waskit om verdamping te voorkomen. Plaats de cilinder in een zuurkast om ongestoord en afgeschermd van licht te blijven. Wacht ten minste 1 uur om het monster in twee duidelijk verschillende zones te laten scheiden. De hoger drijvende, lichtere mineralen zijn vaak verrijkt in K-veldspaat en Na-rijke plagioklaas, en de lagere zwaardere korrels zijn rijk aan kwarts en andere zwaardere mineralen.
      OPMERKING: De scheidingstijden met behulp van de 2,6 g /cc zware vloeistof voor kleinere deeltjesgroottes, < 100 μm, kunnen >4 uur duren.
    3. Plaats een plastic trechter en plaats een papieren wegwerpfilter over een bekerglas van 250 ml. Filter de oplossing met een strakke pasvorm.
    4. Decanteer het drijvende sediment van de 2,6 g/cm3 zware vloeistof langzaam en voorzichtig door het filter, met gesuspendeerde korrels die op het filter worden opgevangen. Bewaar de onderste zone van bezonken granen zorgvuldig. Laat de vloeistof door het filter gaan; wassen met DIW indien nodig.
    5. Breng het gewassen lichte sediment over naar het bekerglas met het label "monsternummer <2.6", plaats het papieren filter in het bekerglas en was voorzichtig met DIW. Gooi het filter weg na het afwassen van alle korrels.
    6. Was het monster vijf keer met DIW om resten van zware vloeistof te verwijderen.
    7. Droog de sedimenten in de oven een nacht bij <40 °C. Bewaar deze veldspaatrijke fractie voor toekomstige analyses.
    8. Leg een nieuw filterpapier op de plastic trechter en leg het stevig op een glazen bekerglas van 1 L. Decanteer de onderste bezonken minerale korrels in de maatcilinder met 2,6 g/cm3-oplossing . Spoel vervolgens de cilinder uit met DIW met behulp van een spuitfles.
    9. Breng het gewassen "zware" sediment over op het bekerglas met het label "monsternummer >2.6". Plaats het papieren filter in het bekerglas en was voorzichtig met DIW. Gooi het filter weg na het afwassen van alle korrels.
    10. Was het monster drie keer in de gootsteen met DIW.
    11. Droog de sedimenten in de oven een nacht bij <40 °C voor verdere dichtheidsscheiding met 2,7 g/cc zware vloeistof.
    12. Ga verder met kwartsscheiding met een zware vloeistof van 2,7 g/cc. Combineer het droge "zware" los van het bekerglas met het label "monsternummer >2,6" met 70-80 ml van 2,7 g / cc zware vloeistof.
    13. Decanteer het drijvende sediment (kwartsrijk) langzaam en voorzichtig op een trechterfilterpaar over een bekerglas van 1 L. Was het drijvende monster op het filter grondig met DIW en verzamel de was in het bekerglas hieronder.
    14. Breng het gewassen sediment over op het filter in een polypropyleen bekerglas van 250 ml met het label "monsternummer + voor HF". Plaats het papieren filter in het bekerglas en was voorzichtig met DIW; gooi het filter weg na het afwassen van alle korrels.
    15. Plaats een nieuw papieren filter op de plastic trechter en plaats beide op een nieuw glazen bekerglas van 1 L. Voeg DIW toe aan de cilinder waar de dichtheidsscheiding van 2,7 g/cc heeft plaatsgevonden, decanteer en was met DIW totdat de onderste gescheiden korrels volledig op het filter zijn overgebracht. Herhaal stap 3.6.10-3.6.12 en archiveer deze zwaarste fractie.
  7. Ets de kwartskorrels door onderdompeling in fluorwaterstofzuur
    OPMERKING: Deze procedure heeft twee hoofddoelen: 1) het oplossen van resterende mineralen anders dan kwarts; 2) Om de externe 10-20 μm kwartskorrels te etsen, aangetast door de alfastraling28.
    LET OP: Geconcentreerd fluorwaterstofzuur (HF) is een zeer giftige en gevaarlijke vloeistof. Speciale training en zorg zijn nodig om HF te gebruiken vanwege de hoge dermale en pulmonale toxiciteit. Laboratoriumpersoneel moet bekend zijn met de HF-veiligheidsinformatiebladen. Behandel HF altijd in een operationeel laboratorium zuurkast, in de buurt van een oogdouchestation en veiligheidsdouchestation. Werk nooit alleen met HF. Zorg ervoor dat niet-verlopen 2,5% calciumgluconaatgel-tegengif bij de hand is voordat u HF hanteert. De volgende PBM's moeten worden gedragen voordat hf wordt gehanteerd: lange broeken en mouwen, schoenen met gesloten teen, zware laboratoriumjas, zuurbestendig schort, dikke nitrilhandschoenen (10-20 mil), PVC- of neopreen handschoenen die de handen, polsen en onderarmen bedekken, stofmasker, bril, acryl gezichtsscherm en siliconen waterdichte schoenhoezen.
    1. Bereid een timer voor 80 minuten voor en knip waspapierkit om een bekerglas van 250 ml te bedekken.
    2. Zet zowel de DIW als de gewone waterkranen bij de gootsteen aan en houd een fles DIW bij de hand als veiligheidsmaatregel.
    3. Doe de juiste PBM's aan om HF-zuur te gebruiken.
    4. Plaats een zwaar polypropyleen bekerglas van 250 ml met het in stap 3.6.14 verkregen monster in de zuurkast; laat de vleugel zakken tot bijna sluiting om veilig en comfortabel te werken. Voeg HF toe aan het bekerglas met pompstappen (20 ml) voor elke 2 g kwarts en bedek het bekerglas met waspapierkit.
      OPMERKING: Gebruik voor meer veiligheid een HF-flessendispenser die vaste hoeveelheden zuur levert, bijvoorbeeld 20 ml / pomp, om de hoeveelheid en richting van de zuurafgifte te regelen. Plastic containers met hoge dichtheid worden gebruikt met HF omdat dit zuur reageert met en glas etst.
    5. Start de timer van 80 minuten en verwijder de HF-PPE. Houd er rekening mee dat u de PBM's opnieuw draagt om het monster 5 minuten voordat de tijd is voltooid schoon te maken.
    6. Was het monster vijf keer onder de motorkap. Vul het bekerglas met DIW om het zuur te verdunnen en decanteer het in een satellietcontainer die wordt gebruikt voor HF-afval.
    7. Verwijder het monster uit de zuurkast en was het monster nog drie keer met DIW in de gootsteen, waarbij zowel de DIW als de gewone waterkranen open blijven om de resterende HF verder te verdunnen.
    8. Decanteer en verplaats het monster in een glazen bekerglas van 250 ml, voeg ~ 150 ml 0,3% Na-pyrofosfaat (Na4P2O7 · 10H2O) oplossing toe aan het sediment en plaats het bekerglas gedurende 20 minuten in een sonicatorbad om de korrels en deeltjes volledig uit te splitsen.
    9. Was het monster nog vijf keer met DIW in een gootsteen om het Na-pyrofosfaat te verwijderen. Decanteer en label het bekerglas "Sample Name" voor HCl".
  8. Dompel de minerale korrels die overblijven na HF-vertering (stap 3.7.9) onder in geconcentreerd HCl.
    LET OP: Geconcentreerd hcl (~ 36%) wordt beschouwd als een giftige en corrosieve vloeistof die chemische brandwonden kan veroorzaken bij contact en oogbeschadiging als het wordt gespat, en letsel aan de mond, keel, slokdarm en maag als het wordt ingenomen. Werknemers moeten bekend zijn met de HCl-veiligheidsinformatiebladen. Hanteer altijd geconcentreerde HCl in een operationele zuurkast, in de buurt van een oogdouchestation en veiligheidsdouchestation. Werk nooit alleen met HCl. Voordat u begint met de vertering van het sediment met HCl, moet u de PBM's dragen die in stap 3.7 zijn vermeld.
    OPMERKING: Net als bij geconcentreerd HF is het veiliger om een flessendispenser te gebruiken om de hoeveelheid en richting van de ontlading te regelen. Gebruik glazen containers bij het werken met HCl. Voordat u de PBM's verwijdert, wast u de handschoenen met water en zeep en wast u na het verwijderen van de PBM's de handen en onderarmen.
    1. Bereid de waskit voor om het bekerglas te bedekken met het monster ondergedompeld in het zuur.
    2. Zet zowel de DIW als de gewone waterkranen bij de gootsteen aan en houd een fles DIW bij de hand als veiligheidsmaatregel.
    3. Doe de zure PBM's aan.
    4. Plaats het glazen bekerglas van 250 ml met het in stap 3.7.9 verkregen monster in de zuurkast. Laat de vleugel zakken tot bijna sluiting om veilig en comfortabel te werken. Voeg HCl toe aan het monster met pompstappen (20 ml) voor elke 5 g kwarts en bedek het bekerglas vervolgens met waskitpapier.
    5. Verwijder de zure PBM's.
    6. Laat het monster voor HCl-vergisting 8 uur in de zuurkast staan.
    7. Doe de acid-PPE aan voordat u de HCl schoonmaakt.
    8. Was het monster vijf keer onder de motorkap; decanteer supernatant in de satellietcontainer om HCl-afval op te halen.
    9. Was het monster nog drie keer met DIW in de gootsteen, houd zowel de DIW als de gewone waterkranen open voor verdere verdunning. Zorg ervoor dat u de benodigde PBM's blijft dragen.
  9. Zeef de sedimenten opnieuw door het kleinste eerdere gaas (bijv. 150 μm) om gebroken en gebroken korrels te verwijderen.
  10. Decanteer en etiketteer het bekerglas "Sample Name for OSL" en droog de sedimenten in de oven gedurende ten minste 8 uur bij <40 °C om de zuiverheid van de kwartsscheiding van dit eindproduct te evalueren.
  11. Kwantificeren kwarts afzonderlijke zuiverheid
    1. Gebruik een ontleednaald om 200-400 minerale korrels op een glasplaat te plaatsen en inspecteer onder een 10x of 20x verrekijker en / of petroscopische microscoop om graanmineralen te identificeren. Kwantificeer het percentage kwartskorrels door punttelling en noteer de mineralogie van 100 individuele korrels. Als een substeekproef >1% niet-kwartsmineralen vertoont en een ongewenst mineraal is met een hoge fotonenoutput (bijv. K-veldspaat) of ongeïdentificeerd blijft, cue het monster dan voor Raman-spectroscopie.
    2. Gebruik Raman-spectroscopie en bijbehorende afbeelding om de graanmineralisatie te bevestigen en mineralen te identificeren die niet worden herkend onder microscopische inspectie. Gebruik een blauwe straal met een breedte van 5 μm en 100-korrelige punttellingen om de procentuele zuiverheid van kwarts te beoordelen en de onbekende graanmineralen te identificeren.
  12. Beoordeel de kwartszuiverheidsspectra door infraroodstimulatie
    1. Bereid vijf ultrakleine aliquots kwartsscheidingen voor IR-stimulatie door korrels op een ronde aluminium schijf (1 cm diameter) te schudden. Elke aliquot bevat meestal ongeveer 20-100 kwartskorrels die overeenkomen met een cirkelvormige diameter van 1 mm of minder die (met silicium) aan een schijf is gehecht.
    2. Laad de schijven op een monstercarrousel voor stimulatie door IR-LED's (845 nm ± 4 nm) geleverd door een geautomatiseerd TL / OSL-lezersysteem en vergelijk het met de blauwe lichtexcitatie (470 nm ± 20 nm), die de voorkeur heeft voor kwarts.
    3. Zorg ervoor dat de verhouding tussen IRSL en blauw licht emissies van kwartskorrel aliquots <5% is. Als dit het geval is, is het monster klaar voor verdere analyse. Anders moet het monster extra worden gereinigd met HF (stap 3.7).

Resultaten

De beschreven laboratoriumprocedures zijn gericht op het verbeteren van de scheiding van zuivere kwartskorrels (700 tot 50 μm grootte) die nodig zijn voor OSL-datering zonder onbedoelde lichtreststelling in het laboratorium (figuur 1). Een zuivere kwartsscheiding, mineralogisch en optisch, is een voorwaarde voor het toepassen van SAR- en TT-OSL-dateringsprocedures (figuur 2). Deze procedures leggen de noodzakelijke stappen uit voor het effectief begrijpen en bemonsteren van continue sedimentkernen, het vermijden van zones van pedogenese en diagenese, het ophalen van niet aan licht blootgestelde sedimenten uit kernen (figuur 3 en figuur 4); kwartskorrels isoleren voor OSL-dateringsprotocollen om de timing van sedimentafzetting in het verleden ca. 500 ka te beperken (figuur 5). De mineralogie van korrels van het onvoorbereide monster en bereide scheidingen worden continu beoordeeld tijdens het bereidingsproces om de verontreinigende mineralogie te identificeren en het proces van verwijdering van ongewenste mineralen actief te beoordelen (figuur 6 en figuur 7). De kwartsmineraalzuiverheid wordt bepaald voor subsetkorrels (100-400) door middel van binoculaire microscopische inspectie (10-20x) en door Raman-spectroscopie. Het gebruik van deze technologie en vereiste kennis is van vitaal belang om de benodigde zuiverheid (>99%) van kwartsscheidingen voor OSL-datering te beoordelen en te bevestigen (figuur 8).

Het proces voor kwartsscheiding wordt gestart met het verwijderen van organisch materiaal met H2O2 en vervolgens het vervolgens zuiveren van Ca/MgCO3 met weken in HCl. Vervolgens wordt een groottefractie aangeduid door te zeven met wegwerp nylon gaas (bijv. 150 en 250 μm), wat nodig is voor het berekenen van dosissnelheidswaarden (in mGy/y) (figuur 6A inzet). De zuiverheid van het kwartsscheiding wordt versterkt door twee dichtheidsscheidingen bij 2,6 en 2,7 g/cc, de begrenzende dichtheid van kwarts (inzet figuur 6B ). Het daaropvolgende weken van grote korrels in HF gedurende 80 minuten verwijdert niet-kwartsmineralen. Deze behandeling etst ook de buitenste 10-20 μm korrels om het door de alfadosis getroffen gebied te verwijderen, waardoor de berekening van het dosistempo wordt vereenvoudigd (figuur 6). De zuiverheid van het kwarts wordt nooit aangenomen, maar beoordeeld door middel van binoculaire microscopische inspectie en raman-gebaseerde metingen aan het einde van de korrelscheiding. Dichtheidsscheidingen en/of HF-behandeling kunnen worden herhaald om de afzonderlijke verontreinigende korrels te verwijderen als een representatieve aliquot >1% niet-kwartskorrels bevat, met name veldspaatmineralen (figuur 7). De kwartszuiveringsprocedure werd tot vier keer herhaald met kwartsgehaltes van < 15% om glanscurven weer te geven met een snelle verhouding van >20, kenmerkend voor zuiver kwarts (figuur 8).

figure-results-1
Figuur 1: Processen met OSL-datering. (A) Minerale korrels krijgen OSL met blootstelling aan ioniserende straling. (B) Graan OSL wordt gereset door zonlicht met erosie / transport. (C) Blootstelling aan ioniseren met begraven; luminescentie verworven. (D) Blootstelling aan licht reset OSL met erosie / transport. (E) Granen worden opnieuw begraven en OSL wordt verkregen bij blootstelling aan ioniserende straling. (F) Toont bemonstering zonder blootstelling aan licht. De resulterende gemeten natuurlijke OSL wordt gevolgd door een normaliserende testdosis (Ln/Tn) die wordt gelijkgesteld met de regeneratieve dosiscurve om een equivalente dosis (De) op te leveren. Dit cijfer is aangepast van Forman, S. L. et al.7. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Optical Stimulating Luminescence- Single Aliquot Regeneration (OSL-SAR) protocollen voor kwartskorrels. (A) Equivalente dosis met behulp van SAR-protocollen; de natuurlijke OSL is Ln/Tn en de regeneratieve dosis is Lx/Tx; gevoeligheidsveranderingen worden gecorrigeerd door een testdosis te geven (bijv. 5 Gy). (B) Gegeneraliseerd SAR-protocol. Dit cijfer is aangepast van Forman, S. L. et al.7. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Stroomdiagram met de stappen die nodig zijn om een teruggewonnen sedimentkern te openen, beschrijven en interpreteren. Deze figuur toont het ophalen van sedimentkern met behulp van percussiekors, gevolgd door het openen, reinigen, beschrijven en bestuderen van de kern om het optimale monster voor OSL-datering te verkrijgen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-4
Figuur 4: Voorbeeld van een typische log van een sedimentaire en stratigrafische kernsectie. Eenheden en pedosedimentaire facies worden gedefinieerd met behulp van sedimentologie, stratigrafie, pedologie, granulometrie en carbonaatpercentage. De bodemhorizonten in de stratigrafische kolom van boven naar beneden zijn: A: Oppervlakte organisch-rijke horizon, B: ondergrond met zwakke structuur en kleur (Bw), en begraven B horizon Btb met kleiaccumulatie, Btkb met secundair calciumcarbonaat en kleiaccumulatie, en Bkb met een accumulatie van secundair calciumcarbonaat. De dominante deeltjesgrootte van sedimentaire eenheden wordt weergegeven op het onderste horizontale vlak met middelmatig zand (MS), fijn zand (FS), zeer fijn zand (VFS) en slib (Si). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-5
Figuur 5: Stroomdiagram voor de stappen die nodig zijn om een OSL-monster uit een sedimentkern te verzamelen. Deze figuur presenteert een stroomdiagram met de belangrijkste stappen die zijn gevolgd om een kwarts apart voor OSL-datering voor te bereiden. De protocollen beginnen met de extractie van een polymineraal sediment uit licht afgeschermde delen van de kern in het lichtveilige OLS-lab. Ze gaan verder met de extractie van de mono-mineralogische fractie kwarts, bestaande uit de verwijdering van organisch materiaal met peroxide, carbonaten met HCl en magnetische mineralen met behulp van handmagneten. De scheiding van de specifieke fractie van zandgroot sediment gebeurt door zeven; scheiding van mineralen die minder dicht en zwaarder zijn dan kwarts gebeurt met behulp van dichtheidsvloeistoffen (ρ = 2,6 g / cc en 2,7 g / cc). De laatste stappen van de reiniging vereisen onderdompeling van het sediment in HF en HCl op volle sterkte om kwarts te isoleren van elk ander mineraal in de fractie. De zuiverheid van de afzonderlijke wordt geëvalueerd door binoculaire inspectie, RAMAN-spectroscopie en verdere verificatie van IRSL -emissies (infrarood). Het doel is om een monster te verkrijgen met een zuiverheid ≥99%. Als u dit niet doet, moet een aantal stappen worden herhaald. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-6
Figuur 6: Stroomdiagram met alle stappen die nodig zijn om een ongerept kwarts te verkrijgen dat gescheiden is van een sedimentmonster uit een kern. Deze schone kwartsfractie zal worden gebruikt voor OSL-SAR-analyses voor leeftijdsbeoordeling. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-7
Figuur 7: Vergelijking van twee monsters verzameld in twee verschillende gebieden: White Sands (eerste rij) en Mongolië (tweede rij). Kolom A toont ruwe monsters onder de binoculaire microscoop, zoals verzameld in het veld. Kolom B toont de afzonderlijke fracties voor elk verwerkt monster, onder de binoculaire microscoop. Kolom C toont de overeenkomstige RAMAN-spectroscopieresultaten. Het monster van White Sands bevat sulfaten (voornamelijk gips), halogeniden en zeer weinig kwarts (kolom A). De afzonderlijke fractie (63-100 μm) voor het verwerkte monster in kolom B laat zien dat het voornamelijk kwarts bevat, nog steeds met enkele overblijfselen van gips, zoals blijkt uit de RAMAN-spectroscopie in kolom C. De verhouding tussen de OSL IR en blauwe responsen voor dit monster is 9%, wat bevestigt dat het een tweede scheiding in dichtheid nodig heeft bij 2,6 g / cc, waardoor mogelijk het lichtere gips (2,36 g / cc) uit zwaarder kwarts wordt verwijderd. Daarentegen is de Mongoolse steekproef (kolom A) aanvankelijk zeer rijk aan veldspaat, voornamelijk K-veldspaat. Na het ondergaan van de reinigingsprocedures, toont overvloedig kwarts geïsoleerd in de 100-150 μm gescheiden (kolommen B en C), wat een bevredigende IR / Bl-verhouding van 3,7% oplevert. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. 

figure-results-8
Figuur 8: Vergelijking van de snelle verhouding voor het natuurlijke in drie monsters die verschillende graden van kwartsfractiezuiverheid vertegenwoordigen. (A) De ideale snelle verhoudingsverdeling in een ongerept eolisch monster uit Red River, met snelle verhouding = 72. Contrasterende cijfers (figuur 8B,C) hebben een minder snelle component met blauwe LED-stimulatie, die lager is dan 20. (B) Een monster met onvolledige scheiding van kwarts en plagioklaas. De componenten L2 en L3 vormen een significant % van de L1-component (zie vergelijking 2). (C) Een shine-down curve voor veldspaatkwarts, met een dominante mediumcomponent (L2). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Kwarts mineralogische zuiverheid is van cruciaal belang voor OSL-datering. De spectrale zuiverheid van kwarts is echter even belangrijk en wordt meestal versterkt met de zorgvuldige concentratie van kwartskorrels. Idealiter zouden kwartskorrels onder blauw LED-licht (470 nm ± 20 nm) stimulatie gedurende 40 s ≥ 90% van de luminescentie moeten uitzenden binnen de eerste ~ 0-2,5 s stimulatie, de snelle component genoemd, met < 10% van de lichtemissie tussen ~ 2,5 en ~ 15 s (gemiddelde component) en een laatste lage emissie na ~ 15 s (langzame component) (figuur 8). Een luminescentie-emissie gedomineerd door een snelle component heeft de voorkeur omdat deze snel wordt gereset op zonne-energie (in seconden) en een hoge gevoeligheid vertoont voor toegepaste β straling in het laboratorium, waardoor de equivalente dosisbepalingen worden verbeterd. Een belangrijke maatstaf om de dominantie van snelle componenten voor OSL-datering van kwarts te beoordelen, is de berekening van een "snelle verhouding"29,30 met een voorbeeld in vergelijking 2 en in figuur 8. Een snelle verhouding van >20 voor kwarts shine down curve wordt beschouwd als een robuuste luminescentie-emissie die geschikt is voor OSL-datering29 (zie figuur 8A). Scheidingen die verontreinigd zijn met K-veldspaten en plagioklaas of veldspaatinsluitsels leveren vaak snelle verhoudingen op van <10 (zie figuur 8B,C) en zijn ongeschikt voor SAR-kwartsdateringsprotocollen.

Snelle verhouding figure-discussion-1 (vergelijking 2)

Waar L1: Snelle componentemissie voor ~0-2,5 s
L2: Gemiddelde componentemissie ~ 2,5-15 s L3: Langzame componentemissie ~ 15-40 s

Een belangrijke test op de spectrale zuiverheid van geïsoleerde kwartskorrels is de reactie van aliquots op infrarood excitatie van LED's (845 nm ± 4 nm). De meeste kwartskorrels leveren een lage of verwaarloosbare luminescentie-emissie met IR-stimulatie op of binnen een paar honderd tellen achtergrondemissies. Er is een metriek ontwikkeld om IR-gebaseerde emissies te beoordelen, de IR-depletieverhouding, die wordt berekend als een SAR-verhouding (Lx / Tx) voor bestraalde (5-10 Gy) kwartskorrels gestimuleerd met IR-LED's en vervolgens blauwe LED's. In het bijzonder moet de verhouding ir-luminescentie gedeeld door blauwe emissies <5% zijn, wat wijst op een spectraal zuivere kwartsfractie die vatbaar is voor OSL-datering (figuur 8A). Er zijn echter gevallen dat mineralogisch zuivere kwartskorrels dwalende luminescentie-emissies kunnen opleveren met IR-stimulatie. Dit IR-signaal kan klevende lithische fragmenten of veldspathische insluitsels in kwarts weerspiegelen. In dergelijke gevallen moeten kwartskorrels worden gedateerd door veldspaatprotocollen31. Deze protocollen met modificaties kunnen worden gebruikt om de zuiverheid van andere mineralen voor OSL-datering te scheiden en te bevestigen, zoals k-veldspaat, plagioklaas en olivijn en pyroxeen voor andere planetaire toepassingen.

Het vermogen om een > 99% kwarts afzonderlijk te isoleren en de zuiverheid op korrelniveau te bevestigen, is een voorwaarde voor nauwkeurige luminescentiedatering. Enkelkorrelige en ultrakleine aliquot (10-50 korrels) datering vereist aanvullende verificatie dat de luminescentie-emissies van alle korrels afkomstig waren van kwarts. Op zijn beurt is de toepassing van thermische overdrachtsbenaderingen die geloofwaardige OSL-leeftijden tot een miljoen jaar kunnen opleveren, gebaseerd op zuivere kwartssignalen van minerale korrels6. Een mono-mineralogische kwartsscheiding is fundamenteel voor het toepassen van OSL-SAR-protocollen, die een reeks leeftijden biedt voor het ontcijferen van de afzettingsgeschiedenis van eolische en fluviale systemen voor het late Kwartair 1,2,32,33 (figuur 1 en figuur 2). Verontreiniging van kwarts aliquots door de dolende K-veldspaatkorrels of veldspaatinsluitsels in kwarts of aanhechtend lithisch fragment levert een gemengd dosimetrisch signaal op en vatbaar voor abnormale vervaging levert vaak onderschattingen op4. Een zuivere kwartsscheiding zorgt echter niet absoluut voor spectrale zuiverheid en geschikte emissies voor kwartsdatering. Effectieve OSL-datering vereist zorgvuldige en volledige isolatie van kwartskorrels en OSL-geassocieerde statistieken om een zuiver kwarts te verifiëren dat mineralogisch en spectraal 2,33,34 scheidt.

Openbaarmakingen

Het Baylor University Geoluminescence Dating Research Laboratory, binnen de afdeling Geowetenschappen en de bijbehorende persoonlijke hebben geen belangenconflicten of financiële belangen die van invloed kunnen zijn op het ontwerp van experimenten of analyses, protocollen, resultaten van het onderzoek of educatieve activiteiten die in het laboratorium worden uitgevoerd. Dit lab, inclusief alle technologie binnen en software, wordt uitsluitend gebruikt om onderzoek, ontdekking, onderwijs en mentoring uit te voeren.

Dankbetuigingen

Ondersteuning van het Geoluminescence Dating Research Laboratory is verstrekt door Baylor University en subsidies van de National Science Foundation (GSS-166023), National Geographic (# 9990-1) en Atlas Sand. Ontdekking en leren in dit lab werden verbeterd door onze vele medewerkers, studenten en bezoekers die nieuwe perspectieven, ideeën en benaderingen hebben gebracht.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
10 mL pipetteVWR53044-139
100 mL graduate cylinderVWR24774-692
100% China bristles brushSubang
2' Macro MC7 PVC LinerMacro-Core46125
Analytical balanceSartorius 1207 MP22107
Bransonic Ultrasonic cleanerVWR97043-958
Calgonate Hydrofluoric Acid Burn Relief Gel, CalgonateVWR CALGEL25101320-858
Concentrated (48–51%) hydrofluoric acid (HF)VWRBDH3042
Core MC7 Soil Sampling SystemMacro-Core216883
Deionized water (DIW)Baylor UniversityDIW Faucet
GeoprobeEnviroprobe6620DT
Hydrochloric acid 36.5–38.0% ACS, VWR Chemicals BDHVWRBDH3032-3.8LP
Hydrogen peroxide  (H2O2) 25%VWR Chemicals BDHBDH7814-3
Hydrogen peroxide 12%VWR Chemicals BDHBDH7814-3
Inductively coupled plasma mass spectrometry-ICP-MSALS Laboratories, Reno, NVME-MS81d
Laser diffraction particle size analyzer Malvern Mastersizer 3000Malvern PanalyticalMastersizer 3000
Lead hydrometer with range 2.00–3.00 g/cm3Thomas Scientific13K065
LOW PRESSURE SODIUM 35W CLEAR Sodium Vapor Lamp for Thomas Duplex SafelightsInterlighhtWW-5EGX-9
Magnetic rods and wandsAlnico V MagnetMagnetic wands #21R584. Magnetic Stir Bar #21R590
Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 mlINTLLABMS-500
Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 mLINTLLABMS-500
Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 mLINTLLABMS-500
MC5 PVC LinerMacro-Core600993
MC5 Soil Sampling System (LWCR)Macro-Core204218
Neodymium magnetsMIKEDE24100000
Nylon meshGilson Company, INC500 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 dispenserVWREM-10108048-1. Serial F93279E
Optifix Dispensers, MilliporeSigma HF bottle dispenserVWREM-10108048-1. Serial 005499
Plastic beakerVWR89172
Powdered POLY-GEE Brand Sodium Polytungstate (SPT-Na6 (H2W12O40) _H2O)Geoliquids, INC.SPT001
Premier binocular microscopeVWRSMZ-05/Stereo Zoom Microscope/EA
Quartz Griffin Beakers, ChemglassVWR89028
REDISHIP Protector Premier HoodVWR  89260-056
RISø TL/OSL DA-20Risø National Laboratory, DenmarTL/OS-DA-2
Rockwell F80 Sonicrafter electric sawRockwellRK5121K
Spectroscopy analyzer: DXR Raman microscopeThermoscientific DXR Raman microscopeIQLAADGABFFAHCMBDI
Squirt bottleVWR10111
Tetrasodium diphosphate decahydrate 99.0–103.0%, crystals, BAKER ANALYZED ACS, J.T. Baker (Na4P2O7 10H2O) > 95%,VWRJT3850-1
Thomas Duplex Super SafeLight Sodium Photographic Darkroom Light USAFreestyleModel: 42122

Referenties

  1. 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).
  2. 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).
  3. Duller, G. A. T. RISO Luminescence Analyst, Version 4.57. , Available from: https://users.aber.ac.uk/ggd (2021).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Forman, S. Luminescence Dating in Paleoseismology. Encyclopedia of Earthquake Engineering. , Springer. Berlin Heidelberg. 1371-1378 (2015).
  8. Lepper, K., McKeever, S. W. S. An objective methodology for dose distribution analysis. Radiation Protection Dosimetry. 101 (1-4), 349-352 (2002).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Hu, G., Li, S. -H. Simplified procedures for optical dating of young sediments using quartz. Quaternary Geochronology. 49, 31-38 (2019).
  13. Porat, N. Use of magnetic separation for purifying quartz for luminescence dating. Ancient TL. 24 (2), 33-36 (2006).
  14. Mejdahl, V. Thermoluminescence dating of sediments. Radiation Protection Dosimetry. 17, 219-227 (1986).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Peng, L., Forman, S. L. LDAC: An excel-based program for luminescence equivalent dose and burial age calculations. Ancient TL. 37, 2(2019).
  18. 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).
  19. Wintle, A. G. Luminescence dating: laboratory procedures and protocols. Radiation Measurements. 27, 769-817 (1997).
  20. Aitken, M. J. Thermoluminescence Dating. , Academic Press. London, UK. (1985).
  21. 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).
  22. Andò, S. Gravimetric Separation of Heavy Minerals in Sediments and Rocks. Minerals. , 15(2020).
  23. Nelson, M., Rittenour, T., Cornachione, H. Sampling methods for luminescence dating of subsurface deposits from cores. Methods and Protocols 2. 88, 1-15 (2019).
  24. Munsell Color. Munsell Soil Color Charts: with Genuine Munsell Color Chips. , Munsell Color. Grand Rapids, MI. (2010).
  25. USDA Natural Resources Conservation Service Soils. Keys to soil taxonomy. 20, United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service. Washington, DC. (2014).
  26. User Manual. Malvern Instruments Ltd. , Available from: https://www.malvernpanalytical.com/en/products/product-range/mastersizer-range/mastersizer-3000 (2013).
  27. Wentworth, C. K. A scale of grade and class terms for clastic sediments. Journal of Geology. 30 (5), 377-392 (1922).
  28. Mejdahl, V., Christiansen, H. H. Procedures used for luminescence dating of sediments. Boreas. 13, 403-406 (1994).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Murray, A., Olley, J. Precision and accuracy in the optically stimulated luminescence dating of sedimentary quartz: A status review. Geochronometria. 21, 1-16 (2002).
  33. 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).
  34. 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).

Herprints en machtigingen

Tags

Isolatie van kwartskorrelsluminescentiedateringkorrelgrootte scheidingzware vloeistofscheidingRaman spectroscopiemagnetische scheidingdigestie met fluorwaterstofzuursedimentkernbemonstering
Isolatie van kwartskorrels voor optisch gestimuleerde luminescentie (OSL) Datering van quaternaire sedimenten voor paleomilieuonderzoek
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.