Zdroje paleoklimatických dat, datovací metody

Zdroje paleoklimatických dat, datovací metody

Zdroje proxy dat pro klimatické rekonstrukce GEOLOGICKÉ Mořské prostředí (hlubokomořské sedimenty) - kontinuální záznam Organické sedimenty rychlost sedimentace délka záznamu (1 vrt) rozlišení (1 vz.) (planktonní a benthické mikrofosilie) < 2 cm /1000 let 1 000 000 let 1000 let 2-5 cm/1000 let 200 000 let 500 let 10 cm/1000 let 10 000 let 50 let - variace 18 O - četnost druhů fauny a flóry - morfologické variace fosílií Anorganické sedimenty - mineralogické složení - rychlost sedimentace

Kontinentální prostředí Glaciální uloženiny a glaciální eroze epizodický záznam - morény - erozní údolí (horské ledovce) - striace Periglaciální jevy epizodický záznam - mrazové klíny - polygonální půdy Glacieustatické jevy epizodický záznam - morfologie pobřeží Eolické sedimenty epizodický záznam - spraše a váté písky Jezerní sedimenty kontinuální záznam - běžně 10 000 let, vzácně 150 000 let, 50 let/vz. - změny sedimentologického složení - koncentrace pylů - společenstva hmyzu - varvová sedimentace běžně 10 000 let, 1 rok Fosilní půdy epizodický záznam Jeskynní karbonáty epizodický záznam - stáří - variace stabilních izotopů ( 13 C, 18 O)

GLACIOLOGICKÉ Vrtná jádra z ledovců - kontinuální záznam - délka záznamu 800 000 let, rozlišení 1-10 let - variace izotopů (O, C, S, ) - geochemie a koncentrace mikročástic - struktura ledu BIOLOGICKÉ Letokruhy - kontinuální záznam - Délka záznamu běžně 1 000 let, zřídka 8 000 let, rozlišení 1 rok - šířka, hustota - izotopické složení Pyly - kontinuální i epizodický záznam - druhy, relativní četnost druhů - koncentrace Malakofauna - kontinuální i epizodický záznam - druhy a společenstva Hmyz - kontinuální i epizodický záznam - druhy a společenstva

HISTORICKÉ Psané záznamy - kontinuální i epizodický záznam - Délka do 1000 let - extrémní zimy, sucha - údaje o sklizních - záznamy měřených teplot a srážek

Datovací metody a jejich časový dosah Lowe, Walker, 1997

Radioaktivní rozpad Radiometrické hodiny = stanovení času na základě radioaktivního rozpadu Podmínky: 1. V iniciálním stádiu nesmí být v materiálu přítomen žádný dceřinný nuklid 2. Uzavřený systém Monroe et al., 2007

Radiometrické metody Metoda 14 C - poločas rozpadu 5570 let (původně uvažovaný), 5730 let (skutečný) - měří se 14 C/ 12 C, AMS - limit ca. 60 ka - použití: organický materiál (vápnité schránky, dřevo, kosti, části rostlin), anorganický materiál (travertiny, jeskynní karbonáty) - kalibrace pomocí dendrochronologické škály

Princip radiokarbonové metody Monroe et al., 2007

Kalibrace radiokarbonového stáří pomocí dendrochronologické škály Lowe, Walker, 1997 Monroe, Wicander, 1999

Dendrochronologická kalibrace radiokarbonového stáří

Metoda 40 K - 40 Ar - poločas rozpadu 1,31 x 10 9 let - měří se množství 40 Ar (plyn) - limit 100 ka - 30 Ma - použití: vulkanické a metamorfované horniny (biotit, sanidin, plagioklas) Uranové řady - 238 U, 235 U, 232 Th - rozpad na stabilní izotopy Pb přes řetězec radionuklidů s různým poločasem rozpadu - frakcionace - selektivní separace radionuklidů, datování pomocí - Uranium-series disequilibrium dating method - měří se poměry dceřinných izotopů, α-spektrometrie, TIMS - limit 230 Th/ 234 U - 0,1-350 ka, 231 Pa/ 235 U a 231 Pa/ 230 Th - 250 ka - použití: korály, jeskynní karbonáty, karbonátové sedimenty

Rozpadové řady U a Th Lowe, Walker, 1997

Termoluminiscence, OSL -,, radiace U, Th, K způsobuje zachycení nestabilních elektronů v minerálech - měří se světelné záření emitované elektrony po zahřátí, záření závisí na počtu elektronů zachycených v krystalové mřížce - limit: křemen - 150 ka, živec - nad 500 ka Elektron spinová rezonance - princip podobný jako termoluniniscence - měří se elektromagnetická síla absorbovaná v elektronech zachycených v krystalové mřížce - limit: 0-2 Ma - použití: travertiny, korály, foraminifery z hlubokomořských sedimentů, jeskynní karbonáty, křemenná zrna, kosti

Izotopy s dlouhým poločasem rozpadu Metoda 10 Be a 26 Al - vznik izotopů vlivem kosmického záření - měří se množství izotopů v křemeni - limit: až 5 Ma - použití: historie expozice sedimentů i pevných hornin Metoda 36 Cl - kosmické záření vyvolává vznik 36 Cl v minerálech na obnaženém povrchu hornin - měření množství 36 Cl - použití: rekonstrukce stáří kvartérních glaciálních jevů

Izotopy s krátkým poločasem rozpadu Metoda 210 Pb - 222 Rn (radonový plyn) se rozpadá na řadu radionuklidů, z nichž jeden je 210 Pb, ten je redeponován srážkami z atmosféry a uložen v jezerních a mořských sedimentech - měření poměru 210 Pb/ 206 Pb v závislosti na hloubce profilu - limit 150 let - použití: limnologické studie (sedimentační rychlost, recentní průmyslové aktivity), datování rašelin, jader z horských ledovců Metoda 137 Cs - vznik izotopů vlivem atomových výbuchů - použití: datování jezerních sedimentů a rašelin

Proxy záznam antropogenní kontaminace povodňových sedimentů Mass specific magnetic susceptibility, concentration of DDT, PCB, and specific activity of 137Cs in in the Morava R. flooplain deposits. Kadlec et al. 2010

Metody datování pomocí přírůstkových vrstviček Dendrochronologie - roční přirůstání letokruhů - nejvíce používán dub nebo borovice - limit USA - 8681 BP (borovice osinatá), záp. Evropa více než 11000 BP (dub z j. Německa (fluviální sedimenty Mohanu a Rýna a skotská borovice) použití: určování stáří dřeva, korekce metody 14 C

Princip dendrochronologické metody Monroe et al., 2007

Fluviální sedimenty Moravy s kmeny dubů Foto J. Kadlec

Roční vrstvičky ledu v ledovcích - počítají se roční přírůstkové vrstvičky, měří se sezónní variace stabilních izotopů, množství prachu, konduktivita, chemické složení - v ledu z Grónska spočítány vrstvičky pro období 17,5 ka BP - použití: rekonstrukce klimatických změn na konci glaciálu (14-9 ka)

Datování pomocí přírůstkových vrstviček v ledovci Walker, Bell, 2005

Varvová chronologie - glacilakustrinní varvy (proglaciální jezera), výsledek zvýšeného přínosu sedimentů vlivem jarního a letního tání ledovců - počítání vrstviček přímo na výchoze, nebo ve výbrusech pod mikroskopem - časové škály do 13 ka - použití: rekonstrukce deglaciace (Skandinávie), rekonstrukce trvání některých období v kvartéru (např. mladý dryas - 1140 20 let)

Varvové sedimenty Lowe, Walker, 1997

Rekonstrukce deglaciace Skandinávie pomocí varvových sedimentů Lowe, Walker, 1997

Ostatní varvové sedimenty - vznik daleko od kontinentálního ledovce - příčiny: sezónní laminace - chemogenní srážení (např CaCO 3 ), variace v sedimentaci organického detritu

Měření lišejníků - některé druhy rostou i 4000 let - měření velikosti lišejníků (mm) - použití: datování délky období odkrytí povrchu, datování ústupu ledovce

Stratigrafické markry a jejich datování Paleomagnetizmus - jemné sedimenty v moři a v jezerech, v jeskyních - zaznamenávají informace o geomagnetickém poli v době sedimentace - krátkodobé (sekulární) variace mag. pole Země - 10 2-10 3 let - dlouhodobé variace mag. pole Země - změny orientace - 10 3-10 7 let, chrony, subchrony - exkurze (eventy) 100-10 3 let - datování změn magnetického pole Země - K-Ar metodou ve vulkanických horninách nebo metodou orbitálního ladění

Magnetické pole Země normální polarita inverzní (reverzní) polarita Butler, 1992

Referenční paleomagnetická škála (GPTS) Lowe, Walker, 1997

Tefrochronologie - datování pomocí vrstviček vulkanického popela a tefry - datování pomocí 14 C, K-Ar, fission tracks, roční vrstvičky v ledu (pokud je tefrová poloha v ledovci) - tefrové polohy v USA, záp. Evropě, sev. Evropě

Laacher See erupce, 12.8 ka http://vulkanschule.de/vulkane/ausbruch-laacher-see Foto J. Kadlec

Rozšíření Laacher See tefry Lowe, Walker, 1997 upraveno podle Vulkan Park

Chronologie izotopického záznamu δ 18 O - záznam δ 18 O v hlubokomořských sedimentech reprezentuje Milankovičovy cykly - na základě znalosti délky a frekvence Milankovičových cyklů lze vypočítat stáří variací záznamu δ 18 O = metoda orbitálního ladění - stanoveno 6 referenčních bodů datovaných radiometricky detailní časové zařazení záznamu 18 O v intervalu posledních 300 ka

Datování hlubokomořských sedimentů pomocí orbitálního ladění Lowe, Walker, 1997

Časové zařazení čtvrtohorního izotopového záznamu Wilson et al., 2000