ZZR 2008

TEMATYKA POZOSTAŁYCH BADAŃ

Zastosowanie metody OSL w geologii.
Adamiec G., Bluszcz A., Moska P.

Laboratorium Datowania Luminescencyjnego wykonuje datowania osadów geologicznych. W związku z tymi datowaniami niezbędne jest wykonywanie pomiarów luminescencji, oraz ich analiza. Miejsce miały prace naukowo-badawcze polegające na określeniu wieku dla wielu stanowisk krajowych i zagranicznych. Brałem udział w kilku wyprawach polowych w celu poboru próbek do datowania. Większe stanowiska to teren kopalni odkrywkowej w Koźminie koło Turka oraz ciągi wydmowe na terenie Gdańska.

Zainicjowane zostały pomiary z zastosowaniem napromieniania pulsacyjnego, które pozwala na uzyskanie poprawnych wyników w przypadku próbek bardzo starych, tzn. takich, w których dawka pochłonięta znacząco przekracza 50 Gy. Wyniki doświadczalne dopiero znajdują się w fazie analizy.

Ponadto rpzeprowadzane są na bieżąco obliczenia dawki pochłoniętej oraz przygotowywane raporty z datowania.

Zastosowanie metody OSL w archeologii.
Moska P., Adamiec G., Bluszcz A.

W ramach projektu ATIS podczas pobytu na stażu naukowym P. Moski w Risø National Laboratory badane były właściwości luminescencyjne pojedynczych ziaren kwarcu pochodzących z próbki z Sahary. Analiza sygnału luminescencyjnego pochodzącego od pojedynczych ziaren kwarcu pozwoliła na określenie ilości ziaren wygrzanych do ogółu wszystkich badanych ziaren i jaki ma to wpływ na końcowy wynik datowania luminescencyjnego.

Badanie prowadzone były z wykorzystaniem czytników luminescencji najnowszej generacji wyposażonych w specjalną przystawkę umożliwiającą pomiary sygnału luminescencyjnego z pojedynczych ziaren kwarcu, produkcji Risø.

W tym celu przeprowadzono kilka eksperymentów z wygrzewaniem ziaren kwarcu w różnych temperaturach oraz różnych czasów przez jaki ziarna poddawane były wygrzewaniu. Badania prowadzone były dla 300, 400 oraz 500°C oraz czasów 10 i 1200 sekund. Analizie poddany był następnie sygnał luminescencyjny zarejestrowany dla poszczególnych ziaren dla takiej samej dawki regeneracyjnej, poniższa tabela zawiera rozkład natężenia sygnału luminescencyjnego dla poszczególnych eksperymentów. Wyraźnie widać, że rozkład ten zmienia się w zależności od zastosowanego czasu i temperatury, wraz ze wzrostem czasu oraz temperatury natężenie sygnału luminescencyjnego od pojedynczych ziaren wzrasta

Dla badanej próbki wyznaczone zostały dawki ekwiwalentne (ED) zarówno dla pojedynczych ziaren jak i pojedynczych porcji, co przedstawiają powyższe wykresy. W przypadku pojedynczych porcji mamy do czynienia z bardzo małym rozrzutem wartości ED, natomiast w przypadku pojedynczych ziaren rozrzut wartości ED jest znacząco większy, ale nie wpływa to znacząco na ostateczny wynik. Do wyznaczenia ED dla pojedynczych porcji użyto 19 porcji kwarcu, natomiast w przypadku pojedynczych ziaren zmierzono sygnał dla 7100 ziaren kwarcu, z czego tylko 175 ziaren miało odpowiedni sygnał luminescencyjny, który pomyślnie przeszedł całą procedurę SAR. Badana próbka została datowana na 10500 lat co bardzo dobrze zgadza się z wiekiem węgli drzewnych pochodzących z tego samego miejsca co badany kwarc.

W wyniku tych badań opracowana została procedura umożliwiająca rozróżnienie, czy badany materiał przechodził w przeszłości procesy wygrzewania. Procedura ta opiera się na badaniu rozkładów natężenia sygnału luminescencyjnego uzyskanego z poszczególnych ziaren kwarcu. Na potrzeby tych badań zarejestrowano sygnał z ponad 40000 ziaren kwarcu. Wynikiem opracowania tej procedury jest możliwość stwierdzenia, że badany materiał nie przechodził w przeszłości procesów wygrzewania w wysokiej temperaturze.

Badania te prezentowane były w formie wystąpienia na najważniejszej konferencji poświęconej tematyce luminescencyjnej w 2008 roku: LED 2008, Pekin, Chiny.

Zastosowanie metody radiowęglowej w archeologii.
Michczyński A., Michczyńska D.J., Pawlyta J., Pazdur A., Piotrowska N.

1. Współpraca z Prof. Ryszardem Mazurowskim z Instytutu Archeologii Uniwersytetu Warszawskiego dotyczyła chronologii radiowęglowej osady Tell Qaramel w Syrii. Celem było badanie okresu neolitu przedceramicznego na tym stanowisku. Polsko-syryjskie badania są prowadzone tam od ponad 10 lat. Badany okres jest interesujący dla historii człowieka gdyż wtedy kształtowały się na badanych terenach pierwsze kultury rolnicze, dokonywało się przechodzenie od gospodarki zbieracko-myśliwskiej do uprawy roślin i hodowli zwierząt. Ten model gospodarki wytwórczej stał się później podstawą dla cywilizacji całego Starego Świata, powoli przenikając przez Anatolię do Europy południowo-wschodniej. Odkrycie w Tell Qaramel jest jednym z najważniejszych odkryć prehistorycznych na Bliskim Wschodzie w ciągu ostatnich 60 lat. Badania radiowęglowe wskazały, że odkryte wieże są najstarszymi znanymi tego typu konstrukcjami na świecie - starszymi od wieży w Jerycho uznawanej dotychczas za najstarszą.

Opracowanie chronologii radiowęglowej stanowiska opierało się na 57 próbkach węgli drzewnych. Rezultaty datowania wskazują na nieprzerwane zasiedlenie i rozwój osady od wczesnych stadiów Neolitu przedceramicznego i obejmują okres około 10,900 - 8 800 BC.

Wyniki pracy były prezentowane w formie posteru "Chronology of the early pre-pottery neolithic settlemen Ttell Qaramel, Northern Syria, in the light of radiocarbon dating" autorstwa Ryszard F. Mazurowski, Danuta J. Michczyńska, Anna Pazdur, Natalia Piotrowska na Międzynarodowym Sympozjum "Radiocarbon and Archaeology", ETH w Zurichu i zostały podsumowane w formie artykułu złożonego do druku w czasopiśmie Radiocarbon.

2. Zakończono prace związane z opracowaniem dat radiowęglowych ze stanowiska wytwarzania ceramiki z okresu formatywnego w Santa Lucia, Cochabamba, Boliwia. W oparciu o datowanie radiowęglowe trzech wykopów dokonanych na obszarze badanego stanowiska opracowana została jego częściowa chronologia. Wyniki dla wszystkich trzech wykopów ujawniły czytelne relacje między sobą i pokazały, że stanowisko były eksploatowane co najmniej od roku 1000 BC do roku 50 BC. Wskazały one także na istotną przebudowę stanowiska, która miała miejsce około 750-600 BC. Rezultaty zaprezentowano w postaci referatu na konferencji 5th Int. Symposium "Radiocarbon and Archaeology" w Zurichu zostały przyjęte do publikacji w czasopiśmie "Radiocarbon".

Modelowanie erozji gleb z wykorzystaniem izotopu ¹³⁷Cs.
Poręba G., Bluszcz A.

Badania związane z zastosowaniem izotopu cezu-137 w dalszym ciągu, wzorem lat ubiegłych, koncentrowały się na obszarach lessowych południowej Polski. Jest bowiem wiadome, że obszary lessowe są narażone na występowania spłukiwania powierzchniowego już przy niewielkich nachyleniach terenu, a dla nachyleń rzędu kilku procent to zagrożenie przyjmuje się jako silne. Na gruntach ornych, zwłaszcza na polach pozbawionych pokrywy roślinnej, obserwuje się nasilenie procesów erozji. W połączeniu z nie zawsze właściwie prowadzonymi zabiegami agrotechnicznymi może powodować że tempo erozji na obszarach lessowych użytkowanych rolniczo może być znaczne. Jako znacznik procesów denudacji może być z powodzeniem stosowany cez-137. Jest on izotopem, który dostał się do środowiska naturalnego na skutek próbnych wybuchów broni jądrowej oraz w wyniku awarii elektrownii atomowych. Cez, który opadł na powierzchnię terenu ulega stosunkowo szybko zaadsorbowaniu na powierzchni cząsteczek gleby. Jego przemieszczanie na skutek procesów chemicznych jest niewielkie. Podlega on redystrybucji jedynie razem z cząsteczkami gleby na powierzchni których jest zaadsorbowany. Ta właściwość umożliwia stosowanie go do badania procesów erozji i akumulacji. Metoda znacznika ¹³⁷Cs pozwala na określenie zarówno stref erozji i akumulacji, jak również u umożliwia także obliczenie bezwzględnego natężenia erozji i akumulacji. Metoda ta daje jako rezultat uśredniony wynik erozji (akumulacji) dla ostatnich około 50 lat.

W mijającym roku kontynuowano rozpoczęte w roku poprzednim prace mające na celu zbadanie natężenia procesów denudacji zachodzących współcześnie i w przeszłości, a związanych z działalnością ludzką. Problem ilościowej oceny natężenia procesów denudacji zachodzących w przeszłości i to zarówno w czasach historycznych jak i prehistorycznych nie jest do chwili obecnej rozwiązany. Badania te pozwolą z jednej strony na ocenę wpływu działalności człowieka na środowisko naturalne obecnie i w przeszłości oraz ocenę dynamiki i charakteru tych zmian, a z drugiej pozwolą na dopracowanie metodologii datowania młodych i bardzo młodych osadów. W toku wstępnych prac wytypowano do badań rozpoznawczych kilka stanowisk w obrębie obszarów lessowych południowej Polski oraz pobrano próbki do badań ze stanowiska w Białej (woj. Opolskie) oraz ze stanowisk w Świerklanach (woj. Śląskie). Prace nad pobranymi próbkami osadów lessowych są w toku. W chwili obecnej pobrane próbki zostały przygotowane do pomiarów aktywności 137Cs oraz naturalnych radioizotopów tj. ²³⁸U, ²³²Th oraz ⁴⁰K. Dla tych próbek wykonano już pomiary aktywności a pomiary OSL są w trakcie.

Również są prowadzone intensywne prace nad ulepszeniem obecnie wykorzystywanych równań kalibracyjnych wykorzystywanych w laboratorium promieniowania gamma. Prace te, przełożą się na widoczną poprawę jakości rezultatów pomiaru aktywności, a co z tym związane i dawki rocznej (w przypadku pomiaru OSL oczywiście).

Zastosowanie metody ołowiowej ²¹⁰Pb do datowania młodych osadów torfowych.
Sikorski J., De Vleeschouwer F.

Osady torfowe stanowią szczególnie czułe archiwum zmian klimatu oraz zanieczyszczeń atmosfery. Zanieczyszczenia atmosfery są stosunkowo łatwo przyswajane przez rośliny środowisk torfowych. Badania geochemiczne pierwiastków, pomiar składu lekkich izotopów stabilnych w osadach torfowych, jak również pomiary koncentracji ołowiu, pozwalają na rekonstrukcję klimatu i składu zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego w historii rozwoju profili torfowych. Skalę czasu dla tych zjawisk utworzyć można wykonując badania radiowęglowe oraz ołowiu - 210 (dla warstw nie starszych niż 200 lat).

Przedmiotem wspólnych badań prowadzonych z Uniwersytetem w Liege jest rekonstrukcja, z rozdzielczością dekadową, klimatu i zanieczyszczeń atmosfery w skali globalnej podczas okresów historycznych, w szczególności w czasie ostatnich 2000 lat. Stanowiska wytypowane do badań pochodzą z Belgii (1 stanowisko) oraz Polski (2 stanowiska). Polska jest obszarem szczególnie bogatym w torfowiska w odróżnieniu do obszaru Belgii. Analiza porównawcza wyników geochemicznych i izotopowych z obu obszarów pozwoli uwidocznić również ewentualny regionalny i lokalny charakter wpływu człowieka na klimat.

Badania prowadzono dla rdzeni, których pobór odbywał się za pomocą aluminiowej sondy Wadenaar. Przekrój rdzeni wynosił 10x10 cm, długość 1 m. Badania prowadzono z rozdzielczością centymetrową. Określono właściwości fizyczne próbek - gęstość, zawartość wody i straty prażenia. Zaprezentowano symulacje modelowe CRS i CIC wykonane w formie wykresów, przedstawiały wpływ szybkości akumulacji materiału na aktywność właściwą 210Pb niepodtrzymywanego.

Próbki materiału poddano preparatyce chemicznej mającej na celu wydzielenie polonu 210Po na srebrnym krążku, a następnie zmierzono ich aktywności metodą spektrometrii . Całą procedurę chemiczną i pomiary przeprowadzono w Zakładzie Zastosowań Radioizotopów w Gliwicach. Dla badanych rdzeni warstwa stropowa ma średnią aktywność 210Pb 350 Bq/kg, a aktywność 210Pb podtrzymywanego jest na poziomie 10 Bq/kg, co sugeruje, że w materiale znajduje się niewielka ilość elementów szeregu radowego. Wyznaczono wiek każdej warstwy i określono szybkość sedymentacji. Jak wykazała przeprowadzona analiza, w zbliżonych okresach, dla obu badanych obszarów, w przeszłości nastąpiła kilkukrotna zmiana szybkości sedymentacji. Wyniki świadczą o istotnym wzroście produktywności biologicznej. Nie powiązano tego faktu ze szczególnym zdarzeniem w historii torfowisk. Porównując otrzymane wyniki szybkości sedymentacji z właściwościami fizycznymi warstw można zauważyć w analizowanym okresie niewielkie zaniżenie zawartości wody oraz niższe straty prażenia w stosunku do wartości średnich. Szczegółowe analizy poparte dodatkowymi badaniami (pomiary geochemiczne zawartości pierwiastków śladowych przy pomocy techniki XRF, określenie stosunków izotopów ołowiu ICP MS) będą przedmiotem dalszej planowanej współpracy w ramach.

Symulacje temperatury Ziemi i atmosfery na podstawie modeli budżetu radiacyjnego Ziemi.
Zastawny A.

Symulacje teoretyczne zmian temperatury radiacyjnej Ziemi i atmosfery oraz strumienia ciepła z Ziemi do atmosfery w funkcji ilości dwutlenku węgla, współczynnika pochłaniania promieniowania słonecznego przez powierzchnię Ziemi i natężenia promieniowania słonecznego. Praca wysłana w lutym 2008 do International Journal of Climatology, "Corrected long wave radiation budget of the Earth, discussion of solar radiation budget and simulations of Earth's radiative temperature as a function of carbon dioxide quantity and other factors".