應(yīng)用210Pb的南海黑角珊瑚定年

張曉笛，畢倩倩，蔡煒穎，王希龍，張芬芬,*，杜金洲

1.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海　200062；

2.華東師范大學(xué) 精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上?！?00062

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應(yīng)用210Pb的南海黑角珊瑚定年

張曉笛1，畢倩倩1，蔡煒穎2，王希龍1，張芬芬1,*，杜金洲1

1.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200062；

2.華東師范大學(xué) 精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200062

摘要：通過高分辨低本底的α能譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)采自南海西沙群島(JYI-1、JYI-2)和鹿回頭半島(LHT)三株黑角珊瑚骨骼中的210Pb進(jìn)行了測(cè)定，利用過剩210Pb比活度在珊瑚橫截面的徑向分布規(guī)律，對(duì)黑角珊瑚進(jìn)行年代學(xué)研究。結(jié)果表明，210Pb在珊瑚骨骼中的比活度隨徑向呈指數(shù)衰減，各樣品中210Pb的比活度范圍分別為10.28~73.41 mBq/g (JYI-1)，1.50~4.72 mBq/g (JYI-2) 和5.35~12.67 mBq/g (LHT)。這些黑角珊瑚物種都表現(xiàn)出了生長緩慢、生長周期長的特性。它們持續(xù)生長了約185~267 a，年生長率介于17.8~26.5 μm/a。而且，年生長率在不同種屬、不同區(qū)域的樣品間有明顯區(qū)別，生長速率的順序?yàn)椋何魃?JYI-2)>西沙(JYI-1)>鹿回頭(LHT)。放射性核素210Pb對(duì)南海黑角珊瑚定年結(jié)果與生長環(huán)計(jì)數(shù)的定年結(jié)果基本一致。這種黑角珊瑚定年方法可以為其在百年尺度上研究氣候環(huán)境的演變和重建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：210Pb；黑角珊瑚；定年；α能譜儀

*通信聯(lián)系人：張芬芬(1976—)，女，浙江臺(tái)州人，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，E-mail: ffzhang@sklec.ecnu.edu.cn

Application of Radionuclide210Pb in Dating of Black Coral

ZHANG Xiao-di1, BI Qian-qian1, CAI Wei-ying2, WANG Xi-long1,

天然放射性核素210Pb(T1/2=22.3 a)是U-Th衰變系中222Rn(T1/2=3.82 d)的子體，是百年時(shí)間尺度上測(cè)年的理想核素。在衰變序列中，226Ra(T1/2=1 622 a)的衰變子體222Rn從巖石和礦物中擴(kuò)散出來，在大氣中衰變產(chǎn)生210Pb，它可以迅速吸附到大氣塵埃、氣溶膠上，并通過大氣的干濕沉降過程返回地表，進(jìn)入到海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)中。210Pb測(cè)年技術(shù)最早由Goldberg[1]在1963年提出，并將其成功地應(yīng)用到永久冰雪層的測(cè)年中。此后該技術(shù)得到迅速發(fā)展，被廣泛用于近代湖海沉積物[2-4]、碳酸鹽沉積物[5-6]及糞便堆積層[7]等對(duì)象沉積速率和年齡的研究中，成為揭示區(qū)域沉積信息、研究全球環(huán)境變化的有效手段之一。

黑角珊瑚俗稱“海柳”或“海鐵樹”，是非造礁珊瑚的一個(gè)種屬，廣泛分布于世界各大洋中。其骨骼主要由有機(jī)質(zhì)組成，耐腐蝕、生長緩慢、連續(xù)生長周期長、地理分布廣泛、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、在低溫和深海(≈6 000 m)環(huán)境中均能生存[8]，具有重建長時(shí)間尺度海洋環(huán)境變化的潛能。因而，精確測(cè)定黑角珊瑚的生長年代將可能為重建過去海洋環(huán)境變化的研究提供可靠的年代學(xué)依據(jù)。目前，用于珊瑚定年的方法已日臻完善，放射性測(cè)量定年是常用方法之一，主要通過測(cè)定珊瑚骨骼不同生長線(環(huán))中某種放射性同位素/同位素對(duì)(226Ra-210Pb、238U-230Th、14C等)的比活度變化特征，結(jié)合其衰變常數(shù)，對(duì)珊瑚骨骼進(jìn)行定年。該方法已經(jīng)在南海碳酸鹽基質(zhì)造礁珊瑚中得到了很好的應(yīng)用[9]，而對(duì)于非造礁黑角珊瑚，由于其有機(jī)質(zhì)骨骼質(zhì)地堅(jiān)硬、不易分層、生長緩慢、分層樣品量少、生長周期長、放射性活度低、測(cè)定時(shí)間長等技術(shù)方法因素的限制，放射性定年的研究在國內(nèi)還鮮有報(bào)道。因此，本工作擬利用放射性同位素α能譜計(jì)數(shù)技術(shù)，分析我國南海非造礁黑角珊瑚骨骼中210Pb的比活度，依據(jù)過剩210Pb比活度的徑向分布規(guī)律，確定南海黑角珊瑚的年生長率和年齡特征，為利用南海黑角珊瑚進(jìn)行環(huán)境記錄與氣候變化的研究奠定年代基礎(chǔ)。

1采樣區(qū)域的自然地理環(huán)境

近岸黑角珊瑚樣品采集于南海西北部的西沙群島海域和北部的鹿回頭半島。南海是我國唯一的熱帶海區(qū)，也是西太平洋最大的半封閉型邊緣海。南海有廣泛分布的珊瑚資源，珊瑚對(duì)環(huán)境變化極其敏感，是世界上利用珊瑚研究氣候變化最理想的海區(qū)之一。

西沙群島(Xisha Islands)是南海四大群島之一，位于南海西北部臺(tái)階式大陸坡的西沙臺(tái)階上(15°46′~17°08′N，111°11′~112°54′E)，由多個(gè)沙島、沙洲和礁灘組成[10]。地處熱帶中部，受熱帶海洋氣團(tuán)影響，屬于典型的海洋性季風(fēng)氣候[11]。鹿回頭半島(Luhuitou Peninsula)位于南海北部(109°28′E，18 °13′N)，海南三亞東南端，西瀕三亞灣，東靠小東海，屬熱帶季風(fēng)氣候，年平均表層海水溫度26.9 ℃[12]。兩區(qū)域均位于熱帶海區(qū)，水域溫暖、水體交換條件好、海底基質(zhì)堅(jiān)硬、食物充足[13]，有利于黑角珊瑚的附著和生長，因此均有黑角珊瑚分布。

2210Pb珊瑚定年原理

210Pb珊瑚定年主要是利用珊瑚骨骼中的過剩210Pb[14-18]，這是由珊瑚的生物學(xué)特性和生長特征決定的。活體珊瑚表面生長著大量的珊瑚蟲和共生藻，具有生物選擇性，會(huì)優(yōu)先選擇吸收海水中的210Pb，導(dǎo)致了珊瑚骨骼中210Pb和226Ra的不平衡。隨著珊瑚的生長，210Pb和少量226Ra會(huì)從吸附表面慢慢被包裹沉積在珊瑚骨骼中。骨骼中的210Pb活度就由吸附的210Pb和226Ra衰變產(chǎn)生的210Pb兩部分組成，前者稱為過剩210Pb，會(huì)隨時(shí)間推移發(fā)生衰變，而后者由于226Ra(T1/2=1 622 a)的半衰期遠(yuǎn)大于210Pb，其值在珊瑚生命周期內(nèi)基本不隨時(shí)間發(fā)生變化，被稱為有支持的210Pb。因此，通過分析不同生長層中過剩210Pb的活度，可以確定珊瑚的生長速率和生長年齡。

依據(jù)黑角珊瑚的生長特性，其骨骼中過剩210Pb活度會(huì)從邊緣向中心衰減。過剩210Pb活度隨距離d的變化公式為：

A(210Pbxs)=A0(210Pbxs)exp(-λd/v)

(1)

式中：A(210Pbxs)表示過剩210Pb活度的測(cè)量值，A(210Pbxs)=Atotal(210Pb)-A(226Ra)；A0(210Pbxs)表示過剩210Pb初始活度；d表示距離生長表層(骨骼邊緣)的距離；v表示線性生長率，μm/a；λ是210Pb的衰變常數(shù)，為0.030 7 a-1。

在計(jì)算珊瑚生長率v時(shí)，用lnA(210Pbxs)和d作圖，以最小二乘法擬合最適合的斜率(k)來計(jì)算珊瑚的線性生長率：

v=-λ/k

(2)

其中，式(2)由式(1)變型得到。上述公式的應(yīng)用包含三個(gè)前提假設(shè)：(1) 初始活度A0(210Pbxs)在生長期間保持恒定；(2) 生長率恒定；(3) 骨骼形成后，骨骼系統(tǒng)相對(duì)于母體和子體的運(yùn)輸是封閉的，即進(jìn)入骨骼后的過剩210Pb不發(fā)生遷移。生長率和年齡測(cè)定的準(zhǔn)確度和可靠性正是取決于這些基本假設(shè)。

3實(shí)驗(yàn)部分

3.1　樣品采集與處理

分別于2011年1月和2012年4月，在西沙群島金銀島海域和三亞沿岸鹿回頭海域，采用底部拖網(wǎng)和人工潛水的方式采集到三株活體黑角珊瑚樣本，分別命名為JYI-1、JYI-2和LHT(表1)。其中，JYI-1(16°26′47″N，111°30′25″E)和JYI-2(16°26′25″N，111°30′01″E)采自金銀島海域水深10 m處，分別隸屬于鞭角珊瑚屬(Cirrhipathes spp.)和黑角珊瑚屬(Antipathes spp.)；LHT(18°12′47″N，109°28′26″E)采自三亞鹿回頭海域9 m水深處，與JYI-1相似，同屬于鞭角珊瑚屬(Cirrhipathes spp.)。采集到的樣品均在船上用海水和試管刷清洗掉表面附著的珊瑚蟲和共生藻，放入自封袋中標(biāo)記保存，帶回實(shí)驗(yàn)室用Milli-Q水超聲清洗，室溫干燥后進(jìn)行切片。切片在上海嘉東硅酸鹽材料有限公司完成，采用硅酸鹽材料專用切割機(jī)。

表1　樣品采樣站位信息

3.2　試劑與儀器

209Po標(biāo)準(zhǔn)溶液，No.7209，比活度為0.043 9 Bq/g，Eckert & Ziegler AG公司。硝酸，分析純，純度為65%~68%；鹽酸羥胺，分析純，純度大于98.5%，溶解后配成10%的溶液；檸檬酸鈉，分析純，純度大于99.0%，溶解后配成25%的溶液；抗壞血酸，分析純，純度大于99.7%，四種試劑均產(chǎn)自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

S-4800冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)，日本日立公司；210Pb檢測(cè)采用的是高能量分辨率和低背景值的多通路α能譜儀(7200-08)，Canberra公司，該儀器的能量探測(cè)范圍可覆蓋1～8 MeV，探測(cè)效率不小于 16%，本底計(jì)數(shù)在 1~8 MeV，每小時(shí)計(jì)數(shù)不大于20。

3.3　樣品中210Pb分析

3.3.1210Pb活度測(cè)定目前，用于210Pb放射性活度測(cè)定的技術(shù)已日趨成熟，常用的測(cè)定方法包括α能譜法[5,19]、β計(jì)數(shù)法[20]和γ能譜法[3-4,7,21]等。α能譜法因其具有靈敏度高、樣品需求量少的優(yōu)勢(shì)[22]，被用于本工作中黑角珊瑚骨骼210Pb活度的測(cè)定。210Pb α能譜法主要是通過測(cè)定210Pb的二代子體210Po(T1/2=138 d)的活度來確定210Pb的活度。測(cè)定時(shí)，假設(shè)二者在珊瑚骨骼中已達(dá)到長期平衡。首先將取自基部的樣品切片分成若干個(gè)同心圓次樣(圖1)，次樣分割采用配有100 μm微鉆頭的微型鉆孔機(jī)(德國，PROXXON公司)沿明顯生長環(huán)連接處進(jìn)行，分割的次樣品個(gè)數(shù)主要由珊瑚徑向生長半徑長度決定；分割后的樣品分別放入100 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入濃HNO3和209Po示蹤劑，加熱硝解至溶液澄清，冷卻后，用Milli-Q水調(diào)節(jié)溶液體積至60 mL，再加入1 mL 10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)鹽酸羥胺溶液、1 mL 25%檸檬酸鈉溶液和0.3 g左右的抗壞血酸[23]，調(diào)節(jié)溶液pH為2.0，放入打磨好的鎳片作為源片，恒溫(約80 ℃)攪拌加熱5 h，取出鎳片，用Milli-Q水清洗，過夜后在α能譜儀上進(jìn)行測(cè)定。測(cè)量時(shí)間分別為5、613、194~431、439 s不等，主要受樣品初始活度影響。

(a)——西沙群島JYI-1樣品 (Sample JYI-1 collected from Xisha Islands)，(b)——鹿回頭半島LHT樣品 (Sample LHT collected from Luhuitou Peninsula)圖1　黑角珊瑚橫截面掃描電鏡照片(放大50倍)Fig.1　SEM micrographs of crossing sections in the black coral skeletons (Enlarged 50 times)

3.3.2方法的最低檢測(cè)限分析黑角珊瑚是一種生長緩慢、壽命可達(dá)千年的有機(jī)體，珊瑚骨骼中210Pb的活度隨珊瑚生長不斷衰減，通常在中心層會(huì)達(dá)到較低水平(約為0)。利用α能譜儀檢測(cè)210Pb(通過210Po)時(shí)，210Pb的最低探測(cè)活度會(huì)受到化學(xué)空白的影響，主要包括試劑空白和源片制備過程中的污染。而低活度樣品在測(cè)定時(shí)極易受到化學(xué)背景值的影響，如果背景值過高，接近樣品活度，甚至超過樣品本身的活度，那么將無法得到可用的測(cè)定結(jié)果。210Pb活度的最低檢測(cè)限(lower limit of detection,LLD，Bq/g)計(jì)算公式[1-27]如下：

(3)

其中：B表示儀器的背景計(jì)數(shù)；η表示儀器的探測(cè)效率(16%)；b指相關(guān)核素α發(fā)射峰的衰變分支比；m表示樣品質(zhì)量，g；t表示測(cè)定時(shí)長，s。此處樣品的質(zhì)量設(shè)定為0.1 g，計(jì)數(shù)時(shí)間為72 h，210Po的化學(xué)回收率為61.5%，實(shí)測(cè)的210Po在5.304~5.407 MeV(≈100%)能量范圍內(nèi)的方法計(jì)數(shù)為7。由公式(3)得，210Po的LLD=2.97 mBq/g，均低于樣品本身活度，所以樣品的210Po活度可測(cè)。

4結(jié)果與討論

4.1　黑角珊瑚210Po自沉積實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

由于黑角珊瑚樣品具有獲取不易、樣品質(zhì)量少、活度低及有機(jī)質(zhì)成分含量高等限制因素，為了提高樣品中210Po的自沉積效率，對(duì)210Po的自沉積條件進(jìn)行了研究。主要包括體系的pH值、沉積時(shí)間、鍍片材料及自沉積溶液的體積等，實(shí)驗(yàn)方法參見3.3.1節(jié)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表2。由表2可知：pH值對(duì)210Po回收率有顯著影響，體系pH值在1~2時(shí)，210Po的回收率可達(dá)89%以上，pH=2.0達(dá)到最高；而當(dāng)pH>2.0時(shí)，回收率會(huì)迅速下降。因此，在溶液pH值保持在1~2時(shí)進(jìn)行210Po自沉積實(shí)驗(yàn)最為理想。保持自沉積體系pH=2.0，研究不同沉積時(shí)間對(duì)210Po回收率的影響。在沉積初期，回收率隨時(shí)間的增加而增大，2 h后漸趨于平緩，待到5 h時(shí)，回收率達(dá)到最高。而對(duì)于不同源片材料的研究，分別測(cè)定3組平行實(shí)驗(yàn)，取平均值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ag片的回收率最高，達(dá)到89.6%，Ni片次之87.1%，不銹鋼片(Fe)最低。本工作選用Ni片作為源片進(jìn)行自沉積。而不同體積自沉積溶液實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在50~100 mL時(shí)回收率波動(dòng)并不明顯，即溶液體積的差異性對(duì)210Po回收率的影響不大?？紤]到體積過小會(huì)影響體系中無機(jī)鹽的溶解度及硝解燒杯體積的限制，將自沉積溶液的體積控制在80 mL左右。

綜上所述，保持體系pH=2.0，用Ni片作為源片材料，在80 mL左右的沉積溶液中，加熱攪拌自沉積5 h，可獲得較理想的210Po回收率。該優(yōu)化結(jié)果已在海水樣品中得到了印證[19]，并將其應(yīng)用到黑角珊瑚定年的研究中，也獲得了較好的結(jié)果。

表2　210Po自沉積實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化結(jié)果

注(Note)：1)n=3

4.2　210Pb比活度分布特征

放射性同位素α能譜定年技術(shù)主要用于3個(gè)黑角珊瑚樣本210Pb活度的測(cè)定，所有樣品的測(cè)定結(jié)果均經(jīng)過了全流程空白校正(表3)。

JYI-1和JYI-2兩株黑角珊瑚骨骼質(zhì)地致密，形狀規(guī)則，生長半徑較大(圖1(a))，便于測(cè)定分層。為保證足夠的活度梯度，從邊緣到中心，兩個(gè)樣品均分成了5個(gè)同心圓圈層，質(zhì)量分別介于0.128~0.276 g和0.315~0.861 g(表3)之間。LHT樣品橫截面呈典型的橢圓型，有明顯的長軸、短軸之分(圖1(b))。為獲得完整的圈層特征，受短軸長度限制，分層后獲得了4個(gè)同心圓圈層，樣品質(zhì)量介于0.179~0.395 g。3個(gè)樣品測(cè)量所得的210Pb比活度表現(xiàn)出了較大的差異(表3)。其中，JYI-1的比活度范圍約為10.28~73.41 mBq/g，表層210Pb比活度最高；LHT次之，比活度范圍約為5.35~12.67 mBq/g，內(nèi)層210Pb基本不再衰變，說明已接近母體226Ra活度水平；JYI-2的表層比活度最低，僅為(4.72±0.31) mBq/g，其余各層比活度介于1.50~2.61 mBq/g之間，與LHT相似，中心兩圈層210Pb比活度十分接近且趨近于0。而所有樣品226Ra的活度均在方法檢測(cè)限以下，無法直接提供本底210Pb的活度。但是，由于黑角珊瑚生命周期一般較長(>120 a)，初始骨骼形成時(shí)進(jìn)入其中的210Pb已基本衰變回母體支持水平。因此，本工作主要通過間接的方式，即以各珊瑚最內(nèi)層樣品的210Pb活度作為本底活度扣除，從而得到過剩210Pb，來確定黑角珊瑚的生長率和生長年代。

表3　南海黑角珊瑚放射性定年結(jié)果

注：(Note): 括號(hào)中數(shù)值為樣品半徑(The data in parentheses are the radius)

此外，黑角珊瑚210Pb比活度曲線(圖2(a-c))顯示，3個(gè)樣本的210Pb比活度均呈現(xiàn)隨徑向指數(shù)衰減的趨勢(shì)，且衰減點(diǎn)與理想210Pb比活度衰減曲線之間表現(xiàn)出了很好的一致性。這說明在黑角珊瑚的生長周期內(nèi)，210Pb的沉積速率基本呈恒定狀態(tài)，未受外源影響而發(fā)生變化，即黑角珊瑚骨骼系統(tǒng)是封閉的，進(jìn)入骨骼后的210Pb不發(fā)生遷移的假設(shè)是可靠的。

4.3　黑角珊瑚的生長率和年齡特征

利用黑角珊瑚生長率基本恒定的生長特性，分別將3個(gè)樣品210Pbxs比活度數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)后，對(duì)徑向距離作圖，用最小二分法進(jìn)行線性擬合，得到圖2(d-e)。從擬合結(jié)果可以看出，所有樣品lna(210Pbxs)散點(diǎn)都具有很好的線性規(guī)律。根據(jù)公式(2)，利用擬合得到的最適斜率，可以計(jì)算出黑角珊瑚的線性生長率(表3)。計(jì)算結(jié)果表明，這些黑角珊瑚都是生長緩慢、生命周期長的有機(jī)體。其中，JYI-2是3株珊瑚中生長最快、年齡最大的個(gè)體，年生長率為26.5 μm/a，生長年限為(267±22) a。生長率和年齡信息是通過其中4個(gè)圈層210Pbxs比活度數(shù)據(jù)線性回歸分析獲得的，移除的數(shù)據(jù)來自中心圈層(JYI-2-e)，該層的210Pb比活度作為本底210Pb被扣除。JYI-1的徑向生長率為20.6 μm/a，年齡為(185±3) a，是3株珊瑚中生長周期最短的個(gè)體。生長率和年齡信息是基于中間3個(gè)圈層活度數(shù)據(jù)的線性回歸分析得到的。有2個(gè)數(shù)據(jù)因?yàn)椴煌驔]有列入數(shù)據(jù)分析之中。其中，表層樣品JYI-1-a210Pb比活度出現(xiàn)異常波動(dòng)(圖2(a))，可能是受到了海水中210Pb附著顆粒的影響，為保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，在擬合時(shí)沒有考慮該數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)；同時(shí)，內(nèi)層樣品JYI-1-e210Pb比活度作為本底210Pb被扣除。LHT的生長最為緩慢，擬合得到其生長率為17.8 μm/a，生長年限為(237±34) a，內(nèi)層樣品(LTH-d)210Pb活度作為本底活度被扣除。

(a、d)——西沙群島JYI-1樣品 (Sample JYI-1 collected from Xisha Islands)，(b、e)—— 西沙群島JYI-2樣品(Sample JYI-2 collected from Xisha Islands)，(c、f)——鹿回頭半島LHT樣品(Sample LHT collected from Luhuitou Peninsula)圖2　黑角珊瑚210Pb比活度徑向分布曲線(a—c)及其生長率擬合圖(d—f)Fig.2　Radial distribution curves(a-c) of specific activityof210Pb in the all of black corals and fitting figures of their growth rates(d-f)

綜上所述，測(cè)定的3株南海淺水黑角珊瑚的生長率分別為17.8、20.6、26.5 μm/a，處于其他黑角珊瑚研究報(bào)道的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)(8~66 μm/a)[14-15,28]，且有較低緯度樣品(JYI-2和JYI-1)均大于較高緯度樣品(LHT)的規(guī)律。這可能與兩個(gè)采樣區(qū)域海表溫度的差異相關(guān)，溫暖的海溫更有利于黑角珊瑚的生長。另外，值得注意的是，JYI-1與JYI-2雖處于同一海區(qū)，生長環(huán)境相似，但同樣表現(xiàn)出了生長快慢的差異，這可能與其各自的種屬特性相關(guān)，Cirrhipathes spp.種的生長率可能較Antipathes spp.低。但是目前關(guān)于黑角珊瑚的研究還比較局限，主要集中于大西洋沿岸的少數(shù)種屬，鮮有對(duì)中國南海黑角珊瑚研究的報(bào)道。國際上對(duì)黑角珊瑚不同種屬生長率的描述也沒有準(zhǔn)確定論，因此，我們的推論還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

4.4　生長環(huán)計(jì)數(shù)及其與210Pb定年結(jié)果的比較分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證210Pb定年結(jié)果的可信度，用取自珊瑚基部500 μm厚切片橫截面的掃描電鏡照片，對(duì)樣品的徑向生長環(huán)進(jìn)行了計(jì)數(shù)。生長環(huán)計(jì)數(shù)利用Image J軟件，對(duì)樣品橫截面SEM圖像的徑向灰度進(jìn)行分析[28]，計(jì)數(shù)灰度波動(dòng)曲線的波峰數(shù)(圖3(b))，即珊瑚生長環(huán)，獲得樣品的生長環(huán)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果顯示，基于JYI-1掃描電鏡圖像計(jì)算的珊瑚平均年齡為182 a，平均生長率為21.0 μm/a；基于LHT掃描電鏡圖像計(jì)數(shù)得珊瑚平均年齡為231 a，平均生長率為18.3 μm/a。為了更直觀比較兩種方法的定年結(jié)果，引入年齡差(Δ)和差異率(Y)兩個(gè)指標(biāo)。其中：

Δ=N1-N2

(4)

Y=Δ/N1

(5)

式中：N1，210Pb定年的年齡，a；N2，掃描電鏡定年的年齡，a。

計(jì)算結(jié)果表明：兩個(gè)樣品(JYI-1和LHT)的年齡差都大于0，分別為3和6，兩組結(jié)果之間存在一定的差異，且210Pb定年結(jié)果均大于生長環(huán)計(jì)數(shù)；但是這種差異對(duì)百年尺度黑角珊瑚年齡的影響很小，其差異率僅為1.6%和2.5%，小于3%，十分微弱，幾乎可以忽略。由此可見，生長環(huán)計(jì)數(shù)與210Pb測(cè)年結(jié)果具有很好的一致性，從而說明了本研究中黑角珊瑚210Pb定年結(jié)果可信。

(a)——西沙群島JYI-1樣品橫截面掃描電鏡照片(SEM micrograph of crossing sectionof sample JYI-1 collected Xisha Islands)，(b)——外圈2.4 mm骨骼生長層掃描電鏡照片放大圖(Enlarged SEM image of the outer 2.4 mm of skeletal growth layer)其中灰度值較高的部分用白線表示，代表珊瑚的生長線；灰度值降低的部分用黑線表示，指的是骨骼中的有機(jī)膠聯(lián)層(The optically light bands are growth bands,represented by increased gray scale values,and the optically dark bands are organic cement layers,represented by depressed gray scale values)圖3　生長環(huán)計(jì)數(shù)掃描電鏡照片(放大60倍)及其灰度分析效果圖Fig.3　SEM micrograph (enlarged 60 times) of growthring counts and gray analysis figure

5結(jié)論

黑角珊瑚是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，它生長緩慢、生命周期長，對(duì)環(huán)境變化敏感，是研究百年尺度全球環(huán)境演變和記錄的優(yōu)良載體之一。其年齡的準(zhǔn)確測(cè)定是開展相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)。通過210Po α能譜分析技術(shù)，建立的南海非造礁黑角珊瑚中210Pb的定年方法，方法的最低檢測(cè)限可達(dá)2.97 mBq/g。樣品中210Pb活度均表現(xiàn)出隨徑向指數(shù)衰減的趨勢(shì)，且在中心圈層基本達(dá)到平衡狀態(tài)。210Pb定年結(jié)果表明，這些黑角珊瑚持續(xù)生長了約185~267 a，生長率分布在17.8~26.5 μm/a，且低緯度樣品生長率大于高緯度樣品，黑角珊瑚屬(Antipathes spp.)大于鞭角珊瑚屬(Cirrhipathes spp.)。210Pb定年結(jié)果與生長環(huán)計(jì)數(shù)年齡的差異率小于3%，說明了黑角珊瑚210Pb定年方法的可靠性。

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ZHANG Fen-fen1,*, DU Jin-zhou1

1.State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research,

East China Normal University, Shanghai 200062, China；

2.State Key Laboratory of Precision Spectroscopy,

East China Normal University, Shanghai 200062, China

Abstract:In this study, the α spectrometry technology was used to estimate the activities of210Pb in the skeletons of black corals collected from the Xisha Islands (JYI-1, JYI-2) and Luhuitou Peninsula (LHT) of the South China Sea. According to the radial distribution characteristics of excess210Pb in the cross-sections of black corals, we studied the chronology of black corals. The results reveal that specific activity of210Pb exhibits an exponential decrease with distance from the edge of the black corals. The ranges of210Pb specific activity in the coral skeleton are 10.28-73.41 mBq/g, 1.50-4.72 mBq/g and 5.35-12.67 mBq/g in the JYI-1, JYI-2 and LHT respectively. All black corals are long-lived and slow-growing organisms. They have been growing continuously for 185-267 a, with growth rates ranging from 17.8 to 26.5 μm/a. Moreover, the annual growth rates exhibit obvious distinction in diverse species collected from different regions. The sequence of the growth rate is JYI-2>JYI-1>LHT. With respect to counting growing rings, the results of radionuclide210Pb in dating of black corals reveal a good conformity. The dating of black corals in this study will provide the basic data to study the evolution and reconstruction of climate change in the past centuries.

Key words:210Pb; black coral; dating; α spectrometry

作者簡介：張曉笛(1988—)，女，山東榮成人，碩士研究生，海洋化學(xué)專業(yè)

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(78210240；78260018)；華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(SKLEC-KF201206)

收稿日期：2014-05-13；

修訂日期：2015-01-12

doi：10.7538/hhx.2015.37.02.0120

中圖分類號(hào)：P734

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0253-9950(2015)02-0120-09