鈾-釷定年

鈾-釷定年主要是分析母元素(鈾)和子元素(釷)的活度比。母元素的衰變和子元素的生成會隨時間而不斷變化，因此其比率可用於估算樣品形成的年代。我們可以使用質譜儀測量樣品的母元素 (234鈾)與子元素 (230釷)來獲得數據。當鈾 238U) 開始衰變，會經歷一連串的衰變過程，一直到變成穩定同位素 206Pb，如下)為止。

U-Th decay

鈾-釷定年是測量母元素(鈾)和子元素(釷)的活度比例，藉以計算所經歷的時間。

碳酸鹽樣品可以進行的鈾-釷定年前提是:

  • 形成於可定年的範圍內
    (50萬年以內)，
  • 含有足夠濃度的微量
    同位素234鈾 和 230釷，可用於高精度同位素稀釋
    分析，
  • 在沉積初始時摻入可忽略或已知數量的
    (過量)230釷，並且
  • 自
    初次沉積起，鈾和釷同位素保持於封閉系統內。

開放系統環境中的鈾損失和承襲而來的 230釷會導致錯誤的結論。尤其是初始鈾/鈣和鈾濃度較低的樣品，在沉積和成岩過程中更容易累積鈾，因而產生異常定年結果。

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鈾-釷(U-Th)定年

鈾-釷(U-Th)定年可用於50萬年以內的碳酸鹽樣品定年。由於 230釷的濃度過低以及測量方法的限制，現代樣品無法適用於鈾-釷定年。最常見的樣本類型包括洞穴壁畫、洞穴灰華和流石、珊瑚以及貝殼。

洞穴壁畫

鈾-釷分析可以提供有關洞穴藝術繪畫的大約年代，方法是透過針對沿藝術品頂部形成的薄方解石層進行定年。這種分析方法可以呈現出最小年齡，也稱為”終點之前”。此外，如果繪畫下方有接近的方解石底層，也可以確定最大年齡(終點之後)(Pons-Branchu et al. 2014)。由於碳酸鹽地殼的開放系統性質，除了分析藝術品表層與底層外，還可以透過使用 14碳與鈾-釷進行交叉定年來驗證結果(Sauvet 等人，2015 年)。

(Photo Credit: Arash Sharifi)

(圖片來源：Arash Sharifi)

洞穴沉積物：洞穴灰華和流石

洞穴灰華中穩定同位素的分析可以提供洞穴灰華生長過程中環境變化的訊息。這些古氣候記錄的年代學依賴於透過鈾-釷和/或 14碳方法進行精確的年代測定，此方法提供了距離(生長)和年齡之間的關係。由於更有規則的生長平面和更明確的內部結構，石筍(向上生長的灰華)通常比鐘乳石(向下生長的灰華)更受歡迎（Spötl & Boch，2019）。雖然鈾-釷和 14 碳方法都可用於洞穴灰華的定年，但與鈾-釷定年系列相比，碳和灰華中化學雜質的儲層效應會造成 14碳定年的不確定性益發顯著(數千年)(Goslar et al. 2000)。

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珊瑚

使用鈾-釷定年，可以分析50萬年以內的珊瑚。珊瑚的鈾和釷已被證明可能會有所增減，從而產生年齡偏差。當樣品的鈾增加而搭配的釷損失時，樣本傾向於年輕，而當鈾損失而搭配的釷增加時，樣本傾向於偏老(Andersen et al. 2009)； 然而，我們可以使用篩選方法來進行系統校正 (例如Thompson et al., 2003)。隨著時間的推移，環境變化的重建需要一個強大的年代表。珊瑚的鈾-釷定年可提供超過 14碳定年範圍的可靠年齡。這些樣品可以進行更進一步的分析以重建多樣化的古環境，包括: 乾/濕相(Yehudai et al. 2017)，珊瑚礁系統的死亡率/恢復率(Clark et al. 2017)，海水溫度(DeCarlo et al. 2016)和pH值(Stewart et al. 2016; Pauly et al. 2015)。

coral

貝殼

幾十年來，鈾-釷定年法已廣泛用於貝殼樣品。這種方法的前提是樣品在形成過程中摻入的鈾與從外部來源(封閉系統)輸入的釷有限，結構內所有的釷都是鈾-釷衰變的產物。並非所有的沉積環境都能滿足這樣的先決條件，在這種情況下，可以應用貝殼的“等時線定年”來對同一時間範圍的多個殼進行定年，取得不同年代的碎屑釷輸入值(Bischoff & Fitzpatrick，1991)，獲得初始鈾-釷值，以進行後續定年(例如Placzek et al. 2006)。雖然貝殼系的開放系統性質使定年具有挑戰性，但鈾-釷分析提供了對超越 14碳定年時間跨度的貝殼進行定年的潛力(4萬年以上)。

(Photo Credit: Arash Sharifi)

(圖片來源：Arash Sharifi)

參考文獻

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Coral Image: https://www.pexels.com/photo/corals-920161/