2018, Vol. 34
2. 中国科学院地球科学研究院, 北京 100029;
3. 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心, 北京 100101
2. Institutions of Earth Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
3. CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Beijing 100101, China
年轻火山岩定年是火山学和年代学研究的重要内容，也是解决火山活动及演化问题的重要工具，主要涉及的方法有40Ar/39Ar法、火山灰对比法、14C法和U-Th不平衡法等，其中以40Ar/39Ar法的使用最为广泛。40Ar/39Ar(K-Ar)法是基于自然界40K通过K层电子捕获衰变成40Ar*这一机理，应用衰变定律而定年的，是应用最早的同位素测年方法之一，自发展以来很快广泛应用于地质问题研究中。由于含钾矿物的普遍性和K-Ar衰变体系合适的半衰期，使得它具有测试对象广、测定年龄范围大等优点。40Ar/39Ar年代学定年时限跨越从地球形成到人类活动历史的范围，其潜在的定年精度非常之高，因而成为国际地时计划(Earthtime)中重点发展的主流方法之一。40Ar/39Ar定年不仅提供高精度, 而且能够应用到在第四纪地层中广泛分布的火山沉积地层，填补了14C法与其它同位素测年方法可测时限之间的空白。此外, 在有些情况下可以用40Ar/39Ar年龄来标定TL、230Th/234U及10Be等在第四纪沉积物定年成为普遍使用的方法。暴露核素和放射性碳测年的进展也部分依赖于与40Ar/39Ar测年的相互标定(Parmelee et al., 2013; Schneider et al., 2014)。地球轨道调谐定年有时也依赖于火山灰层中含钾矿物的40Ar/39Ar定年提供绝对时间控制点。年轻火山岩的40Ar/39Ar定年还有着广泛的地质应用，高精度年代学在人类的起源与进化(Brumm et al., 2016; Joordens et al., 2015; Katoh et al., 2016)，地质年表及地磁极性年表的建立(Guillou et al., 2016; Hagstrum et al., 2017; Mark et al., 2017; Singer, 2014; Singer et al., 2014a)，古气候与环境演化(Ivy-Ochs and Briner, 2014; Marra et al., 2016; Petrosino et al., 2016; Scaillet et al., 2013)，岩浆演化(Ferguson et al., 2013; Rivera et al., 2016; Wright et al., 2015; Zimmerer et al., 2016)，火山灾害(Ellis and Mark, 2013; Mark et al., 2014; Renne et al., 2015)等研究领域中都发挥着重要作用。由于年轻火山岩形成的时间短，放射性成因40Ar*积累少，是年代学研究中最具挑战性的工作之一，其技术进步将会促进整个高精度年代学的发展。
本文中年轻火山岩定年主要限定为对第四纪火山喷发物的定年。第四纪是距人类活动最近的地质时代，对这段地质历史的研究需要更高的时间分辨率，尤其是跟火山喷发相关的重要地质事件为绝对定年提供了良好条件，如超级火山喷发和记录古地磁事件的火山喷发活动。超级火山喷发对整个地球环境和人类活动都会产生巨大影响，因而受到广泛关注。地磁极性倒转或漂移事件最可能被记录在火山熔岩或沉积地层中，由于其持续时间较短，能被火山岩或火山沉积地层记录是非常偶然和稀少的现象，也成了年代学和古地磁研究的热点，它不仅对修正地磁极性年表起重要作用，对研究地磁场起源和动力学也有重要意义。随着技术的发展，40Ar/39Ar法已广泛的应用到解决晚更新世火山沉积地层年代的问题，甚至在全新世火山地质研究中也发挥着重要作用(Jicha et al., 2015; Larrea et al., 2014; Mark et al., 2014; Matchan and Phillips, 2014; Nomade et al., 2014)。我国在这一领域研究还比较滞后，40Ar/39Ar法还未成为年轻火山研究的重要手段。与此相关的海洋、湖泊沉积中火山灰40Ar/39Ar高精度定年更是缺少，与国际上的蓬勃发展很不相称，限制了我国在相关领域的研究进展。利用型多接收质谱和创新的实验方法，通过对重要火山喷发事件和超级火山的高精度40Ar/39Ar年代学研究，发展微量(单颗粒)样品逐步升温40Ar/39Ar定年方法，是年轻火山岩定年实现突破的重要途径。本文总结了年轻火山岩定年的一些技术问题、影响因素和近期应用实例，包含我们对长白山天池火山的部分年代学研究工作及国际同行的研究进展，旨在促进年代学同行共同思考如何提高实验技术和促进方法进步，也让从事火山研究的同行了解40Ar/39Ar法的进展，使40Ar/39Ar法在我国第四纪火山研究中能得到更好的应用。
1 年轻火山岩高精度40Ar/39Ar定年的现状40Ar/39Ar法对(极)年轻样品的定年能力和定年精度是衡量该方法发展水平的重要标志。对比不同实验室对同一重要火山喷发事件或标准样品的研究结果是评价40Ar/39Ar法发展水平的最直接方法，表 1中研究结果直观的显示了40Ar/39Ar法在精度和准确度方面的进展。2003年Earthtime计划提出的重要目标之一，即对重要事件的定年精度能够达到0.1%。自那以来，对重要地质事件的40Ar/39Ar定年的精度和准确度方面都有很大的进展(如表 1对ACs的研究)，主要体现在不同实验室及多种手段获得的年龄结果在0.1%的误差范围内都能很好的吻合，高精度定年方法学及应用方面均涌现了大量成果(Jicha et al., 2016; Mark et al., 2017; Niespolo et al., 2017; Phillips et al., 2017)。对标准样的高精度定年和评价是进行其它高精度定年研究的基础性工作，国际上领先的40Ar/39Ar实验室都非常重视对标样的标定(表 2)及重新评价，这关系到这些标样是否适合高精度定年以及怎样看待已发表的数据(Jicha et al., 2016; Niespolo et al., 2017; Phillips et al., 2017)。近几年国际上对重要样品40Ar/39Ar年龄与天文轨道调谐年龄及CA-TIMS U-Pb年龄对比取得了显著进展，通过对重要事件多手段定年及对比研究，同步各种定年时钟(Jicha et al., 2016; Niespolo et al., 2017; Phillips et al., 2017)，是40Ar/39Ar年代学得重要进展。对40Ar/39Ar标准样的天文旋回标定，可以大幅降低标准样年龄不确定度(Kuiper et al., 2008; Phillips et al., 2017; Rivera et al., 2013; Zeeden et al., 2014)，以其为标准的40Ar/39Ar定年精度也随之提高，这对提高第四纪重要火山喷发事件的年龄精度起了重要作用。目前经过天文旋回标定过的FCs和ACs已成为40Ar/39Ar定年使用最广泛的标准样，对标样之间的对比研究也越来越深入，如表 1中ACs和表 2中R值(R定义见表 2说明)计算，不同实验室已经可以在很小的误差范围内重现年龄或R值计算结果，这样的研究对不仅高精度定年具有普遍而重要的意义，也为发展中的实验室提供检验数据质量的机会。从表 2我们可以看出近几年不同实验室间标准样间的R值误差越来越小，并能在误差范围内重复，这显示了年代学近几年的重要进展，不同方法之间及不同实验室之间的差异明显缩小(表 1中ACs、BT数据，及表 2数据)。由于标样间的R值与标样年龄和衰变常数取值无关，因而成为年龄的重新计算的重要参数(Renne et al., 1998b)，利用R值方便我们评估实验室间数据质量和重要事件年龄。
|
表 1 几个第四纪重要火山喷发事件近期年代学研究结果总结 Table 1 Geochronology results of some important eruptive events of famous Quaternary volcanoes |
|
|
表 2 不同样品(标准样)之间R值 Table 2 Intercalibration factor of the most used two standard samples for Ar/Ar dating |
40Ar/39Ar法解决地质问题的能力很大程度上取决于其定年精度和准确度。40Ar/39Ar法的精度已经达到很高的水平(Larrea et al., 2014; Matchan and Phillips, 2014; Singer et al., 2014a, b)，准确度也有了很大提高，这是40Ar/39Ar法经历数十年发展仍充满活力的重要因素。任何定年时钟的年龄解释通常依赖于这种方法与其它定年时钟或日历纪年相互关联及校准的能力。40Ar/39Ar年龄依赖于计算时选用的40K衰变常数和标准样年龄，为减小不同定年体系年龄偏差，很多学者做了大量工作(Kuiper et al., 2008; McDougall and Wellman, 2011; Min et al., 2000; Renne et al., 1998a, b, 2010, 2011; Steiger and Jäger, 1977)。对于第四纪火山定年而言，不同的标定结果(Kuiper et al., 2008; Renne et al., 2011)造成的年龄误差不超过0.4%(Renne, 2014)，小于分析误差带来的影响和大部分地质研究要求的误差水平。对比新旧数据需要根据衰变常数和标样年龄重新计算，对已经提供完整信息的数据而言，这很容易实现。
最近很多问题的发现是基于新一代稀有气体质谱对定年精度大幅提升之上的，高精度让我们发现了过去很多掩盖在误差下的问题，如原来具有统计意义的年龄现在变得非常离散(Phillips and Matchan, 2013; Phillips et al., 2017)。Philips et al.(2013, 2017)利用新型多接收稀有气体质谱ARGUS Ⅵ对两个使用最广泛的国际透长石40Ar/39Ar标样FCs和ACs进行了重新研究，更高的分析精度揭示这两个被认为非常均一并且以前认为无过剩氩的标准样品现在变得没有那么理想。这些问题引起了40Ar/39Ar年代学同行的广泛关注。一个非常重要的问题是快速冷却的透长石是否含有过剩氩，过剩氩对高精度定年的影响有多大，采用怎样的方法可以减小或消除其影响。原来对一些重要地质事件及样品的定年结果是否要重新评价，值得年代学共同体进一步关注。Jicha et al. (2016)通过多接收稀有气体质谱Noblesse对单颗粒透长石进行了逐步升温40Ar/39Ar定年，研究表明FCs透长石年龄谱与Philips et al. (2013)研究结果相似，而ACs透长石则未发现逐步上升的年龄谱，这一现象需要更多的实验验证，它关系到我们是否要寻找更好的标样以及如何评价我们之前的研究。
2 年轻火山岩定年的影响因素及技术进展 2.1 样品因素定年结果的好坏首先依赖于我们定年的样品，对40Ar/39Ar定年而言，新鲜的样品和规范的样品处理流程是获得可靠年龄的先决条件。不同的研究需要对样品的采集方法和要求也不相同，火山岩样品的采集除了尽量新鲜这一普遍规则之外，还有很多注意事项，具体细节可参考相关专著或论文(Dalrymple and Lanphere, 1969; McDougall and Harrison, 1999; Renne, 2000)，这里不再赘述，值得提及的有以下几点。
由于重液分选处理不当可能会给后续质谱分析带来有机质的干扰，因而国内实验室很少采用这种方法。不论是分选斑晶还是基质进行定年，重液分选都是比较有效的方法，有些情况下可以提高样品的质量，取得更好的年龄数据。玄武岩为铁镁质喷出岩，多为隐晶质结构，但事实上，除去斑晶，其基质中仍含有一些微小晶体，比如橄榄石、辉石等。这些晶体多形成于岩浆房并且携带其中的过剩氩，会对冷却于地表开始计时的基质的结果产生干扰。排除斑晶大多采取双目镜下人工挑选的方法，但人工挑选并不能完全去除粘连或包裹在基质内的微小晶体。二碘甲烷(diiodomethane)密度3.325g/cm3，溶于丙酮(密度0.79g/cm3)等有机溶剂，二者不同比例混合可以得到比重合适的重液，适合岩石中常见矿物的分选。橄榄石和辉石密度大多大于3.05g/cm3，长石则小于2.8g/cm3。二碘甲烷和丙酮配比重液分离法可以得到更富含钾矿物理想基质(粒径0.125~0.25mm，易于分离晶体，且39Ar和37Ar弹射效应影响小)，减少橄榄石等不含钾矿物对定年的影响。经过重液分选的矿物要利用丙酮进行充分的清洗，防止有机质进入分析系统，影响分析结果甚至污染质谱。
另外，酸的淋漓对碳酸盐的去除有明显效果，由于残留的HCl可能对质谱造成污染，因而通常避免使用HCl清洗样品。醋酸(acetic acid)是国际同行普遍使用的方法(Guillou et al., 1998)，对去除样品中碳酸盐具有显著效果。硝酸对蚀变物质的去除效果明显(Jourdan et al., 2012; Klath et al., 2013)，氢氟酸对透长石和斜长石的处理可以有效去除粘连玻璃及基质(Jourdan et al., 2012)，提高数据质量。而且氢氟酸对去除长石中的熔体包体效果显著，从样品制备之时就减少了过剩氩的来源。不同浓度的酸淋漓不同的时间对最终效果都有显著影响，亦有学者进行了专门的研究(Morgan et al., 2011)。高质量的矿物选择和制备是高质量数据的基础，尤其是当前高精度定年的要求下，显得更为重要(Jourdan et al., 2014; Morgan et al., 2011)。
样品辐照是样品处理的重要环节，辐照时间及辐射结束至样品分析时间都要认真考虑，才能获得更准确地同位素真实比值，是获得高精度年龄的重要环节，尤其是对富钙低钾样品(如很多玄武岩样品)，这是影响定年精度和准确度的关键环节。辐照是否均匀，中子通量J值的回归值是否准确反映了未知样品真实接收的中子通量，这些因素需要通过实验去验证，如分析两个或多个标准样品，标样之间的R值是否稳定，是否和推荐值一致，不一致的原因就是需要方法上改进的地方。我们的实验表明样品在反应堆辐照之前或辐照中受热，将会极大地增加样品中空气氩含量，如新生代白云母标准样品Bern4M全熔后放射性成因40Ar通常在60%~70%，辐照不当的样品这一比例降低至20%~30%，这意味着后期大量空气成分加入样品，并且逐步升温法显示，中高温阶段的气体组成也受到了改造。在低放射性成因氩含量较低的情况下，由于分析误差随空气含量的增加呈指数增加，这可能会使原本尚可分析的年轻样品，超出了分析能力的范围。
不同的矿物，其能实现的定年极限范围也有较大差别，取决于样品的钾含量、矿物结构、初始氩组分等因素。在样品和实验条件都比较理想的情况下，透长石可测的年龄范围下限可以到1~2ka，歪长石可以到5ka，斜长石到200ka，角闪石可以到1Ma，富钾的火山岩基质可以到3~4ka，不含水的火山玻璃可以到300ka。有些40Ar/39Ar(K-Ar)定年中的常用矿物，在年轻样品定年时要谨慎使用，比如黑云母可能含有微量的过剩氩在年轻的火山定年时常给出偏老的年龄(Hora et al., 2010)，如图 1，而透长石给出了漂亮的结果。当然这些时限并不是绝对的，技术的进步可以使定年范围进一步扩展，样品的新鲜程度、初始空气相对含量及钾含量等则又影响(超)年轻样品的定年，这些因素使年龄结果的不确定度差异极大。由于很多年轻样品中仅有非常少的放射性成因40Ar*(即含有相对大量的初始空气氩)，极其微量的过剩氩在大量空气氩的掩饰下变得难以识别，分析流程及数据处理中的小问题都有可能造成年龄偏离真实结果，获得晚更新世及全新世熔岩高精度的年龄从长期来看仍是一项具有挑战性的工作。我们看待年轻样品数据是否可靠，要从样品放射性成因40Ar的相对含量入手，如果含量极低(小于3%)，则要尤其关注实验分析的细节，最好是有地层约束的系统研究和多方法对比研究。
|
图 1 同一火山岩中黑云母和透长石40Ar/39Ar年龄概率分布图(据Hora et al., 2010) Fig. 1 Age distribution of sanidine and biotite from same volcanic rock (after Hora et al., 2010) |
精确测定样品中同位素组成是实现高精度定年的基础，也是改进分析技术最终要达到的目的。大部分实验室通过标准空气对仪器进行标定，通过标准空气获得的校正参数(如质量歧视因子及其误差)将应用到样品的分析数据中，相关参数稍有偏差，可能给年轻样品的年龄结果带来巨大的偏差，甚至得到错误的结果，在孤立的实验中，这些错误往往很难被发现。对多接收稀有气体质谱仪，不同接收器之间的效率可能是变化的，由于仪器是静态分析，分析过程中信号也是变化的，因而无法采取类似MC-ICP-MS高精度测定同位素的方法去标定接收器效率。几家国外实验室的实践证明，通过参考气体(人工配制合适比例的气体)进行标定是实现高精度分析的重要途径，并且研究显示取得良好成效，定年精度提高了一个数量级(Coble et al., 2011; Rivera et al., 2013; Singer et al., 2014b)。
熔样方法对精确定年有重要影响，主要有全熔法和逐步升温法，设备主要有激光和高温炉。激光加热法可以兼顾低本底、高效率、重复性好等优点，可以对少量群体矿物或单颗粒矿物实现快速阶段加热或一次全熔, 是目前年轻火山岩定年最常用的方法。激光单颗粒熔融法可以检验样品年龄均一性，方便剔除老物质的混入，获得精确的年龄(Petrosino et al., 2015)，如图 2；逐步升温法可以有效识别过剩氩、核反冲、矿物相变化，是40Ar/39Ar年代学中的另一种重要方法，不同温阶获得的结果是否一致又成为评价年龄是否可靠的重要依据，更重要的是逐步升温有助于提高放射性成因40Ar的相对含量，从而极大提高分析精度。为适应部分低钾年轻样品的定年用量较大的需求，研究人员也在改进激光技术，如更均匀的大光束激光熔样系统，以适应科学研究苛刻的需求(Barfod et al., 2014)；针对部分年轻低钾矿物，设计的大容量熔岩炉也得到成功应用(Pfänder et al., 2014)。
|
图 2 火山灰中透长石单颗粒激光定年结果 单颗粒分析可以剔除年轻和年老的部分颗粒，获得高精度的年龄结果773.9±1.3ka (±2σ) (Petrosino et al., 2015) Fig. 2 40Ar/39Ar dating on single grain sanidine from tuff Older and younger grains can be distinguished by the laser method and produce more precise age (Petrosino et al., 2015) |
实验室间的系统本底和纯化系统的纯化能力也存在较大差异，这一差异也是决定我们能分析多年轻的样品、需要多少样品量和最终的分析结果的精度。尤其是对年轻样品单颗粒阶段升温分析，低本底系统更是决定性因素，是实验室能否建立这一方法的关键制约因素，同时如何准确扣除本底在设计实验流程和数据处理中必须认真考虑。单颗粒阶段升温方法，是40Ar/39Ar法中很多问题的重要解决途径，比如过剩氩问题和斑晶混染问题等，这些问题经常制约着高精度定年。微量富钾样品和大量低钾熔岩基质样品对系统的纯化能力要求差别较大，后者需要更高效的纯化，才能去除样品中和稀有气体一起释放出来的活性气体(氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气及氢气等)，这些气体如不能很好的去除，不仅影响分析结果，还可能污染质谱、造成较高的本底，这种影响可能是长期持续的。
实验流程的设置、数据的采集与处理也是影响年轻样品定年的关键因素。如质谱分析时间“零时刻”(Time Zero)的正确设置、质量歧视因子及接收器死时间的精确测定、本底的扣除方法等都会对年轻样品定年数据质量产生重要影响。对于富有挑战性的样品，不合适的处理方式可能会给出完全错误的定年结果，建议通过年轻标样监测数据质量。在死时间和质量歧视因子的确定上，目前有两种常用方法。一种是将死时间设为零，完全通过质量歧视因子校正数据，通过标准空气建立40Ar信号强度与质量歧视的关系，通常为线性关系，可以拟合出任意强度对应的质量歧视因子，随后在样品数据处理中根据具体的信号强度，选择质量歧视校正因子的大小，可以更精确的对同位素进行校正，该方法的缺点是需要测试大量不同强度的标准空气。另一种方法是精确求出死时间并应用到原始数据中，数据处理时同一样品的多个数据采用相同质量歧视因子，通常取多次空气测量结果的平均值，这种情况要求分析标准空气和样品的信号量相当。对质量歧视较明显的质谱，我们建议使用第一种方法，这样能使每一步的校正都能更准确。
微量(单颗粒)样品的逐步升温技术综合了单颗粒分析的优势和群体矿物逐步升温的优点，是近几年技术上的重要进展，也是未来高精度定年的重要发展方向。单颗粒分析是识别老斑晶的有效方法，逐步升温法结合等时线(或反等时线)数据处理技术多数情况下可将放射性成因氩和初始氩(可能含过剩氩)进行区分，是判断氩同位素体系是否有扰动或含有过剩氩的有效方法。从同位素分析技术看，单颗粒分析使用的限制条件是能否释放足够的气体量满足高精度测量的条件。更低的本底和更高灵敏度的分析仪器使单颗粒分析不仅越来越广泛，还能对单颗粒样品进行阶段加热，这就具备了两种方法的优势，从而获得更精更准的年龄。另外，某些重要样品，如较薄的火山灰层或大洋钻探中岩芯样品的火山岩(灰)夹层，我们可能无法获得大量的含钾矿物，这时微量样品的高精度分析技术就显示出不可替代的优势。威斯康星大学对单颗粒透长石逐步升温40Ar/39Ar定年结果显示，利用低本底高分辨稀有气体质谱，逐步升温分析单颗粒样品技术越来越成熟(Singer et al., 2014b)，如图 3。
|
图 3 美国黄石火山区Huckleberry Ridge凝灰岩层中一粒透长石单颗粒阶段加热年龄谱(据Singer et al., 2014b)一个单颗透长石晶体进行8个阶段的分析获得2079±4ka(±2σ)高精度年龄 Fig. 3 Single grain incremental heating 40Ar/39Ar dating results of sanidine from Huckleberry Ridge tuff (after Singer et al., 2014b) |
对同一矿物颗粒进行年代学和地球化学研究也是未来分析技术的发展趋势。Ellis et al. (2017)首次对美国黄石火山Mesa Falls Tuff中同一颗粒样品(粒径约为2mm)进行40Ar/39Ar定年和化学分析(主量、微量、TIMS 87Sr/86Sr同位素、LA-ICP-MS Pb同位素)，不仅给出了MFT透长石高精度的40Ar/39Ar喷发年龄1.3011±0.0015/0.0016Ma，同时分析了同一浮岩中老斑晶透长石的来源。这一应用为未来年轻火山及年代学研究提供了范例。
2.3 质谱技术高精度同位素分析离不开质谱技术的进步，新一代多接收稀有气体质谱仪极大的促进了40Ar/39Ar年代学的发展和在年轻火山岩定年中的应用。多接收器技术在稀有气体测量上成熟应用明显晚于TIMS及MC-ICP-MS在地学中的应用，由于稀有气体质谱是静态质谱，同位素强度在质谱中是随时间变化的，因而该技术的应用和发展经历了很多曲折。通常来讲，多个接收器降低了由信号衰减和在同一接收器顺序测试不同同位素带来的误差，相对目前单接收质谱有更高的测量精度。基于法拉第的多接收应用比较成熟，主要是法拉第接收器之间的放大效率比较稳定，只需定期使用合适的电流进行标定，质谱灵敏度的提高和放大器高阻的提升(由1011到1013欧姆)，使的直接测试微量样品成为可能，为这一技术的推广带来了机遇。高放大器电阻减小了样品的用量，配合小体积的分析系统，使很多测量都能同时在5个法拉第接收器上进行。新质谱灵敏度提升了10~50倍，加上更低的本底系统，将分析精度提升了约一个量级(Jicha et al., 2016; Niespolo et al., 2017; Phillips et al., 2017)，极大拓展了我们的微量年轻样品研究能力。墨尔本大学氩氩实验室利用ARGUS Ⅵ质谱将10万年来的火山岩定年精度提高至1%以内(Matchan and Phillips, 2014)，并且样品用量大大减少，如图 4，与之前对同一样品的分析相比，精度提升显著。提高分析精度的同时，也揭示出以往由于分析精度限制没有发现的问题，新发现认为之前经过广泛验证单颗粒均匀的标准样，现在发现可能没有那么理想(Phillips and Matchan, 2013)。
|
图 4 新一代多接收质谱ARGUS Ⅵ用更少的样品量(ARGUS Ⅵ：40mg；VG3600：200mg)获得了比老一代质谱更高的分析精度(据Matchan and Phillips, 2014) 不同样品的重现性及同一样品不同温阶年龄的一致性都显著提高 Fig. 4 40Ar/39Ar results from ARGUS Ⅵ and VG3600 show that the new generation mass spectrometer give more precise age with less sample amount (after Matchan and Philips, 2014) |
对于更微量的气体，要依赖于离子计数器，这就要求新型离子计数器具有更低的噪音和更好的线性，以满足高精度分析的要求。针对微小信号的多个倍增器之间效率的不同且数值不很稳定，因此很多实验室仍在探索方便可行的途径，近期研究人员利用标准空气或配置合适比例的气体以用于密集检测不同倍增器效率的变化，并发展出相应的流程(Coble et al., 2011; Singer et al., 2014b; Turrin et al., 2010)，精细的实验流程虽然大大降低了分析效率，可喜的是分析精度得到明显的提升。
多接收稀有气体质谱(如Helix MC Plus、Noblesse等)在质谱仪质量分辨率或分辨能力提升上取得了一些进展(Honda et al., 2013; Saxton, 2015)，这为准确测定样品或本底中的36Ar(剔除12C3+和1H35Cl+峰的叠加影响)提供了可能(Honda et al., 2013)。研究表明，在物理分辨率不足以将干扰峰分开的条件下，高分辨能力稀有气体质谱配合创新的分析方法也能够准确测定36Ar，排除样品及本底中质量数同为36的干扰峰1H35Cl和12C3的影响，进而能够精确分析更微量的样品和信号(Saxton, 2015)。譬如，威斯康星大学氩氩年代学实验室Noblesse质谱的36Ar本底扣除影响后可以控制在5cps，可以对单颗粒矿物及微量矿物通过激光阶段升温进行40Ar/39Ar定年，将仪器的性能发挥至极致(Singer et al., 2014b)，如图 5，相比于之前40Ar/39Ar和U-Pb研究，基于多接收稀有气体质谱的单颗粒阶段升温技术大幅提高40Ar/39Ar定年精度。
|
图 5 不同研究对美国黄石火山Huckleberry Ridge大喷发的精确定年，新一代质谱激光单颗粒阶段加热法获得了更高的精度(据Singer et al., 2014b) Fig. 5 Results of Huckleberry Ridge Tuff show the advance of single grain incremental heating 40Ar/39Ar dating on sanidine (after Singer et al., 2014b) |
长白山火山是我国备受关注和研究程度最高的火山，仅全新世喷发历史就开展了很多工作(Chen et al., 2016; Pan et al., 2017; Sun et al., 2017; Yang et al., 2014; Zou et al., 2014)。长白山火山气象期(天池顶部气象站东侧剖面)喷发由于记录了一次地磁极性漂移事件而受到关注(Singer et al., 2014c; Zhu et al., 2000)，这一地磁漂移事件的一个显著特点是地磁场强度约为现今的一半，最近的争议聚焦在这一期喷发的精确时代，也就是地磁漂移事件的精确时代(表 3)。Yang et al. (2014)对气象站期火山定年给出了约11ka、16ka和19ka三个年龄结果，样品采集于该期火山熔岩流的不同位置。威斯康星大学Singer et al. (2014c)对气象站期透长石40Ar/39Ar定年结果为17ka，在17ka附近全球也有其它记录，其将这次事件与全球其它记录相对比并将年代定为17ka (Singer et al., 2014c)。Heizler et al. (2015)对气象站期火山岩定年认为该期喷发时代应为7.6±0.2ka~10.5±0.5ka，并认为透长石中含有过剩氩，Ramos and Heizler等人利用Ra/Th定年技术认为该期火山喷发时代小于4.4ka(未发表数据)，并与欧洲考古磁学发现的在3.6ka有一次较低的地磁场强度记录相联系。由于这期喷发的时代广受争议，不同实验室数据不一致的原因(实验流程及数据处理方法)和造成这一现状的地质因素(过剩氩，喷发前历史及复杂的岩浆演化过程)是值得进一步深入研究的问题，因此美国三家实验室对这次全新世喷发进行了对比实验(图 6)。我们通过对气象站碱流岩中锆石进行(U-Th)/He定年，发现经过铀系不平衡校正后的年龄约为10.5ka(未发表数据)，这与透长石单颗粒逐步升温法获得的年龄一致，显示单颗粒逐步升温技术可以有效减小过剩氩及捕获晶的干扰，数据处理方式的差异造成结果的偏差变的比较明显。40Ar/39Ar年代学高精度解析全新世火山喷发历史仍需要技术的突破。
|
|
表 3 气象站期碱流岩定年结果 Table 3 Dating results of Qixiangzhan lava |
|
图 6 长白山天池火山气象站期火山岩三家国外实验室40Ar/39Ar定年结果(Heizler et al., 2015)与Yang et al. (2014)结果 我们看到不同的数据点选择对结果影响非常大，不同实验室数据离散程度明显不一样.图中OSU为俄勒冈州立大学，WISC为威斯康星大学，NMT为新墨西哥矿业理工学院 Fig. 6 40Ar/39Ar results of Qixiangzhan formation sanidine from Changbaishan Tianchi volcano(Heizler et al., 2015; Yang et al., 2014) |
对天池火山造锥阶段喷发，仍然需要系统的年代学研究，包括火山地质与年代学，这里我们以其中一期(造锥阶段)喷发为例，样品采自天池瀑布北侧火山站东南附近。样品为富含透长石斑晶的粗面岩，定年采用火山岩基质，定年结果如图 7所示，分析仪器为MM5400，透长石定年结果将在对比标定后另文报道。实验采用了电阻炉逐步升温法和激光熔融法进行了对比研究，获得了非常好的年龄谱和等时线，炉子逐步升温法获得的放射性成因40Ar从14%到65%，激光全熔法获得的放射性成因40Ar从19%到45%。逐步升温加热法可以有效提高放射性成因40Ar含量，提高定年精度，同时显示样品无过剩氩和氩丢失，年龄从低温到高温一致性非常好。激光全熔法结果显示每份样品之间非常均一，年龄重现性好，全熔后再一次高温烧熔仅有微量的气体析出，年龄结果依旧显示了很好的一致性。我们认为该样品可以作为年轻样品定年的内部标样，监测数据年轻样品的40Ar/39Ar定年的数据质量。样品可以提供给国内外氩氩实验室，用于对比研究和内部监测标样。长白山天池火山造锥阶段粗面岩基质定年显示无过剩氩或通过前处理可以消除过剩氩影响，全新世喷发中透长石含有一定的过剩氩，通过前期处理可以降低影响，但很难完全消除，需要改进实验方法，如单颗粒逐步升温法，最大的挑战是如何实现微量氩的高精度分析。
|
图 7 长白山天池火山粗面岩基质40Ar/39Ar定年结果 粉红色为电阻炉逐步升温法结果，蓝色为激光全熔法结果，从上而下依次是K/Ca图，年龄谱图和反等时线图 Fig. 7 40Ar/39Ar results on groundmass from Changbaishan Tianchi volcano |
天池火山仍有很多问题需要更精细的年代学和多种年代学手段共同去探索。基于高分辨多接收稀有气体质谱的单颗粒透长石逐步升温技术未来会成为研究天池火山喷发历史和岩浆演化的重要手段。另外锆石(U-Th)/He定年方法在年轻火山定年中也有其特定的优势，这种方法的缺点是需要U-Th不平衡校正。我们发现精确的40Ar/39Ar年龄和未校正的(U-Th)/He年龄之间的差值可以间接计算出岩浆的滞留时间，尤其适用于晚更新世这一时段的火山活动。
3.2 超级火山喷发的岩浆演化过程传统研究中40Ar/39Ar法与U-Pb法或U-Th不平衡法相结合，可以获得岩浆喷发前的滞留时间，40Ar/39Ar法获得火山的喷发年龄，U-Pb法或U-Th不平衡法则获得岩浆结晶年龄，通过对这些斑晶、基质进行U-Th与40Ar/39Ar联合定年，将可以获得源岩熔融的时间、岩浆驻留时间、岩浆喷发时间等演化的关键因素(Michel et al., 2013; Schmitt, 2011; Singer et al., 2009)。众多研究表明锆石在岩浆中的驻留时间大概从几千年到几十万年，对于重要的喷发事件或超级大喷发，精细研究驻留事件既对岩浆动力学有重要意义，也对高精度锆石U-Pb定年能否代表喷发年龄有重要意义。年轻火山恰恰是研究这一问题的良好对象，高精度的40Ar/39Ar法使得年龄分辨率可达到千年级别，正好可以精细解析这一过程。这不仅要求40Ar/39Ar法具有高精度，还要进一步提高定年准确度，减小甚至消除不同衰变体系衰变常数的差异等带来的系统偏差。
利用高精度的40Ar/39Ar定年手段可以揭示出透长石斑晶的精细年代学信息，并且能够反映火山喷发前岩浆演化过程(Andersen et al., 2017)。这里我们仅介绍完全利用高精度40Ar/39Ar定年技术来揭示岩浆演化的新方法。Anderson et al. (2017)利用单颗粒矿物逐步升温法法对49颗Bishop Tuff (BT)透长石进行高精度40Ar/39Ar定年，发现坪年龄之间有16ka变化并不是有过剩氩造成的，结合氩在长石中的扩散性质，他们认为岩浆储库的边缘已经冷却到~475℃，积累了反射性成因氩，并于喷出前快速活化。这些数据也阐明亚固线的物质再循环进入巨大体积的流纹岩浆房及喷发前岩浆过程对40Ar/39Ar年龄的影响。最年轻的透长石年龄代表了BT喷发时代，权重平均年龄为764.8±0.3/0.6ka(2σ分析误差/全误差)，发生在松山-布容地磁极性倒转事件后仅~7ka。这一研究有利于解释复杂透长石40Ar/39Ar和锆石U-Pb年龄分布谱，并能进一步解析重要地质事件发生的时间和因果关系。
3.3 地质年表与地磁极性年表的标定火山岩及火山沉积地层40Ar/39Ar定年在地质年表(GTS：Geologic Time Scale)和地磁极性年表(GPTS：Geomagnetic Polarity Time Scale)的界限年龄确定中发挥了重要作用，尤其是中新生代以来的地层时代确定。地磁极性年表本身又是标定地质年表中重要地层界限及沉积地层(如黄土研究和大洋钻探研究等)年代的重要工具，不仅如此，火山岩古地磁和40Ar/39Ar定年的联合研究对研究地磁场起源具有重要意义，是地磁场起源模拟的重要边界条件，也是检验地磁场模型的重要观测数据。第四纪以来的地磁年表(GITS：Geomagnetic Instability Time Scale)更加细化，包含了地磁倒转事件和地磁极性漂移事件，这些事件的精确定年更是依赖于年轻火山岩40Ar/39Ar的定年，具有更高年龄分辨的40Ar/39Ar法是确定地磁极性倒转及漂移精确时代的年龄的金钉子手段，对年代标尺的建立发挥了重要作用。记录古地磁事件的熔岩或火山沉积地层，由于可以利用40Ar/39Ar法直接测年，通常引起很多学者的关注，在Earthtime计划推动下，重要地磁事件通常被多个实验室采用多种方法进行定年(Brown et al., 2013; Channell et al., 2010; Singer et al., 2009; Vazquez and Lidzbarski, 2012)，以取得准确可靠的定年结果，并彼此检讨定年中的问题，共同提高定年精度。图 8显示不同研究小组对地磁极性年表一小部分中(~1.8Ma至~2.2Ma)几个重要事件的精确标定。
|
图 8 地磁极性年表的一部分(a，据Singer, 2014; b, 据Gradstein et al., 2004; Hilgen et al., 2012) 所有年龄计算都是相对于Fish Canyon透长石标准样，年龄值为28.201Ma(Kuiper et al., 2008).标注*的界限年龄来自天文年代学. Rivera et al. (2017)新测定的40Ar/39Ar年龄用粗体、斜体、彩色字体表示，年龄误差为2σ.正极性用N表示，颜色为黑色；负极性用R表示，颜色为白色 Fig. 8 Portion of the geomagnetic polarity time scale (a, after Singer, 2014; b, after Gradstein et al., 2004; Hilgen et al., 2012) All ages are calculated relative to the Fish Canyon sanidine standard with an age of 28.201Ma (Kuiper et al., 2008). Boundary ages marked with an asterisk (*) are derived from astrochronology. 40Ar/39Ar ages obtained in Rivera et al. (2017) are indicated by bold, italic, colored font and reported with 2σ full external uncertainties. Normal polarity of an individually dated flow is defined by (N); reversed polarity is indicated by (R). Normal polarity within the time scale is indicated by black; reversed is white |
火山喷发物是重要的地质标志层，借助高精度的40Ar/39Ar定年，可以确定地层时代，进而为考古及人类演化迁徙等研究提供时间标尺(Brumm et al., 2016; Joordens et al., 2015; Katoh et al., 2016)。K-Ar法和40Ar/39Ar法自从建立伊始就在人类演化时代框架的建立中发挥了重要作用，后来激光探针40Ar/39Ar定年技术协助人类起源等方面的研究开拓了一个崭新的研究领域(McDougall, 2014; McDougall et al., 2012; Morgan et al., 2012; Scaillet et al., 2008; Storey et al., 2012)，它解决了火山灰层物源复杂问题，单颗粒定年极大提高了定年的精度和准确度，在考古及古人类研究中发挥了关键作用。
由于地质条件的限制，我国在这方面的研究不多。非洲、欧洲及东南亚等地具有开展这方面研究的良好天然条件。人类的发源地非洲，那里已经发现的化石和已进行的研究工作非常多，而且非洲古人类考古的发掘地点一般都能找到同期或前后期火山喷发物供K-Ar和40Ar/39Ar测年(McDougall, 2014; McDougall et al., 2012; Morgan et al., 2012)。非洲中石器时代考古学证据最早发现在埃塞俄比亚Ziway附近Gademotta组，20世纪70年代第一次发掘并进行K-Ar定年工作，这一层型剖面和附近的Kulkuletti地区后来又被Morgan and Renne (2008)重新研究，这一地层中两个关键火山灰层(第10层和D层，如图 9所示)中的透长石颗粒重新进行了40Ar/39Ar定年，两个地方火山灰层由火山玻璃地球化学联系起来。可能由于K-Ar法对长石定年时的不完全去气，新40Ar/39Ar法年龄要老于原来K-Ar法年龄。史前器物发现于第10层(279±2ka)显示Gademotta具有已知最早的中石器时代文物。这一研究又引起学者兴趣促使了进一步的发掘(Sahle et al., 2013, 2014)，并对之前没有年龄数据的层位(12层)进行了40Ar/39Ar定年。考古工作显示，在Gademotta最下层发现了最早的弹射石器弹(stone-tipped projectiles)证据(Sahle et al., 2013)。
|
图 9 埃塞俄比亚Gademotta和Kulkuletti综合地层剖面(据Sahle et al., 2014) 40Ar/39Ar法用来约束火山灰层10、12和D层的时代.在第9层发现的史前器物是非洲中石器时代目前已知最古老的人造器物 Fig. 9 Composite stratigraphic section for Gademotta and Kulkuletti, Ethiopia (after Sahle et al., 2014) The 40Ar/39Ar method was used to constrain the ages of tephra from units 10, 12, and D. Artifacts found in Unit 9 are some of the oldest known Middle Stone Age artifacts in Africa |
虽然40Ar/39Ar法定年在第四纪火山定年中取得了丰硕的成果，在理想的条件下其定年范围可以延伸至全新世，但我们不得不关注40Ar/39Ar法对极年轻样品的定年容易出现较大偏差，甚至错误，这取决于样品本身、处理方法、样品辐照、分析技术和数据处理方法等多个环节。40Ar/39Ar年代学在实验技术和方法创新上仍有巨大的提升空间，对年轻国际标准样品和研究程度较高的重要地质样品，进行实验室间的对比研究非常重要，这是我国年轻火山岩40Ar/39Ar定年发展与国际接轨的必经之路。
我国年轻火山如长白山、五大连池及腾冲等火山群年代学研究程度仍不高，40Ar/39Ar年代学在年轻火山研究中仍有巨大的应用空间。虽然前人对这些火山开展了诸多年代学研究，但由于样品获取，超年轻火山定年技术以及近源火山沉积地层保存不完整等因素，使得晚更新世以来的喷发时间序列仍不能很好的建立。未来火山地质填图与年代学研究相结合，地表样品和钻孔剖面样品相结合，不同方法年代学对比及不同实验室之间对比研究相结合，多学科研究将有助于我们更深入认识这几个火山群喷发历史、机制和潜在的危险性。40Ar/39Ar年代学对年轻火山的研究还应走出国门，对全球重要的火山喷发事件或超级大喷发进行研究。高精度定年可以帮助我们解析重要喷发事件精细过程，甚至解析岩浆喷发前演化历史，对研究超级火山的喷发机制、过程及岩浆动力学有重要意义。随着低本底高灵敏度/高分辨率质谱进步和方法学的发展，我们需要的样品量越来越少，定年的时代范围不断延伸，定年精度也在不断提高。高精度的40Ar/39Ar年代学未来在人类演化、古气候环境变化、岩浆动力学及火山灾害研究等研究领域将发挥重要作用。
Andersen NL, Jicha BR, Singer BS and Hildreth W. 2017. Incremental heating of Bishop Tuff sanidine reveals preeruptive radiogenic Ar and rapid remobilization from cold storage. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114(47): 12407-12412. DOI:10.1073/pnas.1709581114 |
Barfod DN, Mark DF, Tait A, Dymock RC and Imlach J. 2014. Argon extraction from geological samples by CO2 scanning laser step-heating. Geological Society, London, Special Publications, 378: 79-90. DOI:10.1144/SP378.23 |
Brown MC, Jicha BR, Singer BS and Shaw J. 2013. Snapshot of the Matuyama-Brunhes reversal process recorded in 40Ar/39Ar-dated lavas from Guadeloupe, West Indies. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 14(10): 4341-4350. DOI:10.1002/ggge.20263 |
Brumm A, van den Bergh GD, Storey M, Kurniawan I, Alloway BV, Setiawan R, Setiyabudi E, Grün R, Moore MW, Yurnaldi D, Puspaningrum MR, Wibowo UP, Insani H, Sutisna I, Westgate JA, Pearce NJG, Duval M, Meijer HJM, Aziz F, Sutikna T, Kaars Svd, Flude S and Morwood MJ. 2016. Age and context of the oldest known hominin fossils from Flores. Nature, 534(7606): 249-253. DOI:10.1038/nature17663 |
Channell J, Hodell D, Singer B and Xuan C. 2010. Reconciling astrochronological and 40Ar/39Ar ages for the Matuyama-Brunhes boundary and late Matuyama Chron. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 11(12): Q0AA12. |
Chen XY, Blockley SPE, Tarasov PE, Xu YG, McLean D, Tomlinson EL, Albert PG, Liu JQ, Müller S, Wagner M and Menzies MA. 2016. Clarifying the distal to proximal tephrochronology of the Millennium (B-Tm) eruption, Changbaishan Volcano, Northeast China. Quaternary Geochronology, 33: 61-75. DOI:10.1016/j.quageo.2016.02.003 |
Coble MA, Grove M and Calvert AT. 2011. Calibration of Nu-Instruments Noblesse multicollector mass spectrometers for argon isotopic measurements using a newly developed reference gas. Chemical Geology, 290(1-2): 75-87. DOI:10.1016/j.chemgeo.2011.09.003 |
Dalrymple GB and Lanphere MA. 1969. Potassium-argon Dating:Principles, Techniques and Applications to Geochronology. San Francisco, California: Freeman: 1-258.
|
Ellis BS and Mark DF. 2013. 'Super-eruptions' and silicic volcanism from the Yellowstone volcanic field. Geology Today, 29(4): 133-137. DOI:10.1111/gto.2013.29.issue-4 |
Ferguson DJ, Calvert AT, Pyle DM, Blundy JD, Yirgu G and Wright TJ. 2013. Constraining timescales of focused magmatic accretion and extension in the Afar crust using lava geochronology. Nat. Commun., 4: 1416. DOI:10.1038/ncomms2410 |
Guillou H, Carracedo JC and Day SJ. 1998. Dating of the Upper Pleistocene Holocene volcanic activity of La Palma using the unspiked K-Ar technique. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 86(1-4): 137-149. DOI:10.1016/S0377-0273(98)00074-2 |
Guillou H, Scao V and Nomade S. 2016. Blake excursion at Volcano (Aeolian Islands, Italy):Revised K-Ar and 40Ar/39Ar ages. Quaternary Geochronology, 35: 77-87. DOI:10.1016/j.quageo.2016.06.002 |
Hagstrum JT, Fleck RJ, Evarts RC and Calvert AT. 2017. Paleomagnetism and 40Ar/39Ar geochronology of the Plio-Pleistocene boring volcanic field:Implications for the geomagnetic polarity time scale and paleosecular variation. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 262: 101-115. DOI:10.1016/j.pepi.2016.07.008 |
Honda M, Zhang X, Phillips D, Szczepanski S, Deerberg M, Hamilton D, Krummen M and Schwieters J. 2013. A preliminary report on noble gas isotope analyses using the Helix-MC multi-collector mass spectrometer. AGU Fall Meeting Abstracts, 2777
|
Hora JM, Singer BS, Jicha BR, Beard BL, Johnson CM, de Silva S and Salisbury M. 2010. Volcanic biotite-sanidine 40Ar/39Ar age discordances reflect Ar partitioning and pre-eruption closure in biotite. Geology, 38(10): 923-926. DOI:10.1130/G31064.1 |
Ivy-Ochs S and Briner JP. 2014. Dating disappearing ice with cosmogenic nuclides. Elements, 10(5): 351-356. DOI:10.2113/gselements.10.5.351 |
Jicha BR, Laabs BJC, Hora JM, Singer BS and Caffee MW. 2015. Early Holocene collapse of Volcán Parinacota, central Andes, Chile:Volcanological and paleohydrological consequences. Geological Society of America Bulletin, 127(11-12): 1681-1688. DOI:10.1130/B31247.1 |
Jicha BR, Singer BS and Sobol P. 2016. Re-evaluation of the ages of 40Ar/39Ar sanidine standards and supereruptions in the western U.S. using a noblesse multi-collector mass spectrometer. Chemical Geology, 431: 54-66. |
Joordens JCA, d/'Errico F, Wesselingh FP, Munro S, de Vos J, Wallinga J, Ankjaergaard C, Reimann T, Wijbrans JR, Kuiper KF, Mucher HJ, Coqueugniot H, Prie V, Joosten I, van Os B, Schulp AS, Panuel M, van der Haas V, Lustenhouwer W, Reijmer JJG and Roebroeks W. 2015. Homo erectus at Trinil on Java used shells for tool production and engraving. Nature, 518(7538): 228-231. DOI:10.1038/nature13962 |
Jourdan F, Sharp WD and Renne PR. 2012. 40Ar/39Ar ages for deep (~3.3km) samples from the Hawaii Scientific Drilling Project, Mauna Kea volcano, Hawaii. Geochem. Geophys. Geosyst., 13: Q05004. |
Jourdan F, Mark DF and Verati C. 2014. Advances in 40Ar/39Ar dating:From archaeology to planetary sciences-introduction. Geological Society, London, Special Publications, 378: 1-8. DOI:10.1144/SP378.24 |
Katoh S, Beyene Y, Itaya T, Hyodo H, Hyodo M, Yagi K, Gouzu C, WoldeGabriel G, Hart WK, Ambrose SH, Nakaya H, Bernor RL, Boisserie JR, Bibi F, Saegusa H, Sasaki T, Sano K, Asfaw B and Suwa G. 2016. New geological and palaeontological age constraint for the gorilla-human lineage split. Nature, 530(7589): 215-218. DOI:10.1038/nature16510 |
Klath J, Koppers A, Heaton D and Schnur S. 2013. The effects of acid leaching on 40Ar/39Ar age dating results using samples from the Walvis Ridge hotspot trail. AGU Fall Meeting Abstracts, 2784
|
Kuiper KF, Deino A, Hilgen FJ, Krijgsman W, Renne PR and Wijbrans JR. 2008. Synchronizing rock clocks of Earth history. Science, 320(5875): 500-504. DOI:10.1126/science.1154339 |
Larrea P, Wijbrans J, Galé C, Ubide T, Lago M, França Z and Widom E. 2014. 40Ar/39Ar constraints on the temporal evolution of Graciosa Island, Azores (Portugal). Bulletin of Volcanology, 76(2): 1-15. |
Mark DF, Petraglia M, Smith VC, Morgan LE, Barfod DN, Ellis BS, Pearce NJ, Pal JN and Korisettar R. 2014. A high-precision 40Ar/39Ar age for the Young Toba Tuff and dating of ultra-distal tephra:Forcing of Quaternary climate and implications for hominin occupation of India. Quaternary Geochronology, 21: 90-103. DOI:10.1016/j.quageo.2012.12.004 |
Mark DF, Renne PR, Dymock R, Smith VC, Simon JI, Morgan LE, Staff RA, Ellis BS and Pearce NJG. 2017. High-precision 40Ar/39Ar dating of pleistocene tuffs and temporal anchoring of the Matuyama-Brunhes boundary. Quaternary Geochronology, 39: 1-23. DOI:10.1016/j.quageo.2017.01.002 |
Marra F, Rohling EJ, Florindo F, Jicha B, Nomade S, Pereira A and Renne PR. 2016. Independent 40Ar/39Ar and 14C age constraints on the last five glacial terminations from the aggradational successions of the Tiber River, Rome (Italy). Earth and Planetary Science Letters, 449: 105-117. DOI:10.1016/j.epsl.2016.05.037 |
Matchan EL and Phillips D. 2014. High precision multi-collector 40Ar/39Ar dating of young basalts:Mount Rouse volcano (SE Australia) revisited. Quaternary Geochronology, 22: 57-64. DOI:10.1016/j.quageo.2014.02.005 |
McDougall I and Harrison TM. 1999. Geochronology and Thermochronology by the 40Ar/39Ar Method. 2nd Edition. , Oxford Univ. Press: 1-269.
|
McDougall I and Wellman P. 2011. Calibration of GA1550 biotite standard for K/Ar and 40Ar/39Ar dating. Chemical Geology, 280(1-2): 19-25. DOI:10.1016/j.chemgeo.2010.10.001 |
McDougall I, Brown FH, Vasconcelos PM, Cohen BE, Thiede DS and Buchanan MJ. 2012. New single crystal 40Ar/39Ar ages improve time scale for deposition of the Omo Group, Omo-Turkana Basin, East Africa. Journal of the Geological Society, 169(2): 213-226. DOI:10.1144/0016-76492010-188 |
McDougall I. 2014. 14. 1-K/Ar and 40Ar/39Ar isotopic dating techniques as applied to young volcanic rocks, particularly those associated with Hominin Localities. In: Turekian HDHK (ed. ). Treatise on Geochemistry. 2nd Edition. Oxford: Elsevier, 1-15
|
Michel V, Shen G, Shen CC, Wu CC, Vérati C, Gallet S, Moncel MH, Combier J, Khatib S and Manetti M. 2013. Application of U/Th and 40Ar/39Ar dating to Orgnac 3, a Late Acheulean and Early Middle palaeolithic site in Ardèche, France. Plos One, 8(12): e82394. DOI:10.1371/journal.pone.0082394 |
Min KW, Mundil R, Renne PR and Ludwig KR. 2000. A test for systematic errors in 40Ar/39Ar geochronology through comparison with U/Pb analysis of a 1.1-Ga rhyolite. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 64(1): 73-98. DOI:10.1016/S0016-7037(99)00204-5 |
Morgan LE and Renne PR. 2008. Diachronous dawn of Africa's Middle Stone Age:New 40Ar/39Ar ages from the Ethiopian Rift. Geology, 36(12): 967-970. DOI:10.1130/G25213A.1 |
Morgan LE, Davidheiser B, Kuiper K and Wijbrans J. 2011. The effects of acid treatment and sample preparation on 40Ar/39Ar ages. AGU Fall Meeting Abstracts, 1: 2509. |
Morgan LE, Renne PR, Kieffer G, Piperno M, Gallotti R and Raynal JP. 2012. A chronological framework for a long and persistent archaeological record:Melka Kunture, Ethiopia. Journal of Human Evolution, 62(1): 104-115. DOI:10.1016/j.jhevol.2011.10.007 |
Niespolo EM, Rutte D, Deino AL and Renne PR. 2017. Intercalibration and age of the Alder Creek sanidine 40Ar/39Ar standard. Quaternary Geochronology, 39: 205-213. DOI:10.1016/j.quageo.2016.09.004 |
Nomade S, Sasco R, Guillou H, Scao V, Kissel C and Genty D. 2014. Dating of the youngest volcanoes of Ardeche (Massif Central, France) using 40Ar/39Ar and unspiked K/Ar. EGU General Assembly Conference Abstracts, 4901
|
Pan B, de Silva SL, Xu J, Chen Z, Miggins DP and Wei H. 2017. The VEI-7 Millennium eruption, Changbaishan-Tianchi volcano, China/DPRK:New field, petrological, and chemical constraints on stratigraphy, volcanology, and magma dynamics. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 343: 45-59. DOI:10.1016/j.jvolgeores.2017.05.029 |
Parmelee D, Kyle P, Kurz M and Marrero S. 2013. A new Holocene eruptive history of Erebus volcano, Antarctica using cosmogenic 3He and 36Cl. AGU Fall Meeting Abstracts, 1192
|
Petrosino P, Jicha BR, Mazzeo FC, Ciaranfi N, Girone A, Maiorano P and Marino M. 2015. The Montalbano Jonico marine succession: An archive for distal tephra layers at the Early-Middle Pleistocene boundary in southern Italy. Quaternary International, http://dx.doi.org/10.1016/j.quaint.2014.10.049(0)
|
Petrosino P, Morabito S, Jicha BR, Milia A, Sprovieri M and Tamburrino S. 2016. Multidisciplinary tephrochronological correlation of marker events in the eastern Tyrrhenian Sea between 48 and 105ka. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 315: 79-99. DOI:10.1016/j.jvolgeores.2016.02.001 |
Pfänder JA, Sperner B, Ratschbacher L, Fischer A, Meyer M, Leistner M and Schaeben H. 2014. High-resolution 40Ar/39Ar dating using a mechanical sample transfer system combined with a high-temperature cell for step heating experiments and a multicollector ARGUS noble gas mass spectrometer. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 15(6): 2713-2726. DOI:10.1002/2014GC005289 |
Phillips D and Matchan EL. 2013. Ultra-high precision 40Ar/39Ar ages for Fish Canyon Tuff and Alder Creek Rhyolite sanidine:New dating standards required?. Geochimica et Cosmochimica Acta, 121: 229-239. DOI:10.1016/j.gca.2013.07.003 |
Phillips D, Matchan EL, Honda M and Kuiper KF. 2017. Astronomical calibration of 40Ar/39Ar reference minerals using high-precision, multi-collector (ARGUSVI) mass spectrometry. Geochimica et Cosmochimica Acta, 196: 351-369. DOI:10.1016/j.gca.2016.09.027 |
Renne PR, Karner DB and Ludwig KR. 1998a. Radioisotope dating:Absolute ages aren't exactly. Science, 282(5395): 1840-1841. DOI:10.1126/science.282.5395.1840 |
Renne PR, Swisher CC, Deino AL, Karner DB, Owens TL and DePaolo DJ. 1998b. Intercalibration of standards, absolute ages and uncertainties in 40Ar/39Ar dating. Chemical Geology, 149(3-4): 259-259. DOI:10.1016/S0009-2541(98)00047-3 |
Renne PR. 2000. K-Ar and 40Ar/39Ar dating. AGU Reference Shelf. American Geophysical Union, 77-100
|
Renne PR, Mundil R, Balco G, Min KW and Ludwig KR. 2010. Joint determination of 40K decay constants and 40Ar*/40K for the Fish Canyon sanidine standard, and improved accuracy for 40Ar/39Ar geochronology. Geochimica et Cosmochimica Acta, 74(18): 5349-5367. DOI:10.1016/j.gca.2010.06.017 |
Renne PR, Balco G, Ludwig KR, Mundil R and Min K. 2011. Response to the comment by W.H. Schwarz et al. on "Joint determination of 40K decay constants and 40Ar*/40K for the Fish Canyon sanidine standard, and improved accuracy for 40Ar/39Ar geochronology" by P.R. Renne et al. (2010). Geochimica et Cosmochimica Acta, 75(17): 5097-5100. |
Renne PR. 2014. Some footnotes to the optimization-based calibration of the 40Ar/39Ar system. Geological Society, London, Special Publications, 378(1): 21-31. DOI:10.1144/SP378.17 |
Renne PR, Sprain CJ, Richards MA, Self S, Vanderkluysen L and Pande K. 2015. State shift in Deccan volcanism at the Cretaceous-Paleogene boundary, possibly induced by impact. Science, 350(6256): 76-78. DOI:10.1126/science.aac7549 |
Rivera TA, Storey M, Schmitz MD and Crowley JL. 2013. Age intercalibration of 40Ar/39Ar sanidine and chemically distinct U/Pb zircon populations from the Alder Creek rhyolite Quaternary geochronology standard. Chemical Geology, 345: 87-98. DOI:10.1016/j.chemgeo.2013.02.021 |
Rivera TA, Schmitz MD, Jicha BR and Crowley JL. 2016. Zircon petrochronology and 40Ar/39Ar sanidine dates for the Mesa Falls Tuff: Crystal-scale records of magmatic evolution and the short lifespan of a Large Yellowstone Magma Chamber. Journal of Petrology, 10.1093/petrology/egw053
|
Sahle Y, Hutchings WK, Braun DR, Sealy JC, Morgan LE, Negash A and Atnafu B. 2013. Earliest Stone-Tipped Projectiles from the Ethiopian Rift date to >279, 000 Years Ago. Plos One, 8(11): e78092. DOI:10.1371/journal.pone.0078092 |
Sahle Y, Morgan LE, Braun DR, Atnafu B and Hutchings WK. 2014. Chronological and behavioral contexts of the earliest Middle Stone Age in the Gademotta Formation, Main Ethiopian Rift. Quaternary International, 331: 6-19. DOI:10.1016/j.quaint.2013.03.010 |
Saxton JM. 2015. A method for measurement of 36Ar without H35Cl interference. Chemical Geology, 409: 112-117. DOI:10.1016/j.chemgeo.2015.05.017 |
Scaillet S, Vita-Scaillet G and Rotolo SG. 2013. Millennial-scale phase relationships between ice-core and Mediterranean marine records:Insights from high-precision 40Ar/39Ar dating of the Green Tuff of Pantelleria, Sicily Strait. Quaternary Science Reviews, 78: 141-154. DOI:10.1016/j.quascirev.2013.08.008 |
Schmitt AK. 2011. Uranium series accessory crystal dating of magmatic processes. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39: 321-349. DOI:10.1146/annurev-earth-040610-133330 |
Schneider B, Kuiper K, Mai K, Foeken J, Stuart F and Wijbrans J. 2014. Fuerteventura-Assessment of a calibration site for cosmogenic 3He exposure dating with the 40Ar/39Ar incremental heating method. Quaternary Geochronology, 21: 58-69. DOI:10.1016/j.quageo.2013.09.005 |
Singer BS, Guillou H, Jicha BR, Laj C, Kissel C, Beard BL and Johnson CM. 2009. 40Ar/39Ar, K-Ar and 230Th-238U dating of the Laschamp excursion:A radioisotopic tie-point for ice core and climate chronologies. Earth and Planetary Science Letters, 286(1-2): 80-88. DOI:10.1016/j.epsl.2009.06.030 |
Singer BS. 2014. A Quaternary geomagnetic instability time scale. Quaternary Geochronology, 21: 29-52. DOI:10.1016/j.quageo.2013.10.003 |
Singer BS, Guillou H, Jicha BR, Zanella E and Camps P. 2014a. Refining the Quaternary Geomagnetic Instability Time Scale (GITS):Lava flow recordings of the Blake and Post-Blake excursions. Quaternary Geochronology, 21: 16-28. DOI:10.1016/j.quageo.2012.12.005 |
Singer BS, Jicha BR, Condon DJ, Macho AS, Hoffman KA, Dierkhising J, Brown MC, Feinberg JM and Kidane T. 2014b. Precise ages of the Réunion event and Huckleberry Ridge excursion:Episodic clustering of geomagnetic instabilities and the dynamics of flow within the outer core. Earth and Planetary Science Letters, 405: 25-38. DOI:10.1016/j.epsl.2014.08.011 |
Singer BS, Jicha BR, He H and Zhu R. 2014c. Geomagnetic field excursion recorded 17ka at Tianchi Volcano, China:New 40Ar/39Ar age and significance. Geophysical Research Letters, 41(8): 2794-2802. DOI:10.1002/2014GL059439 |
Steiger RH and Jäger E. 1977. Subcommission on geochronology:Convention on the use of decay constants in geo-and cosmochronology. Earth and Planetary Science Letters, 36(3): 359-362. DOI:10.1016/0012-821X(77)90060-7 |
Sun C, Liu J, You H and Nemeth K. 2017. Tephrostratigraphy of Changbaishan volcano, Northeast China, since the mid-Holocene. Quaternary Science Reviews, 177: 104-119. DOI:10.1016/j.quascirev.2017.10.021 |
Turrin BD, Swisher CC Ⅲ and Deino AL. 2010. Mass discrimination monitoring and intercalibration of dual collectors in noble gas mass spectrometer systems. Geochem. Geophys. Geosyst., 11: Q0AA09. |
Vazquez JA and Lidzbarski MI. 2012. High-resolution tephrochronology of the Wilson Creek Formation (Mono Lake, California) and Laschamp event using 238U-230Th SIMS dating of accessory mineral rims. Earth and Planetary Science Letters, 357-358: 54-67. DOI:10.1016/j.epsl.2012.09.013 |
Wright HM, Vazquez JA, Champion DE, Calvert AT, Mangan MT, Stelten M, Cooper KM, Herzig C and Schriener A. 2015. Episodic Holocene eruption of the Salton Buttes rhyolites, California, from paleomagnetic, U-Th, and Ar/Ar dating. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 16(4): 1198-1210. DOI:10.1002/2015GC005714 |
Yang L, Wang F, Feng H, Wu L and Shi W. 2014. 40Ar/39Ar geochronology of Holocene volcanic activity at Changbaishan Tianchi volcano, Northeast China. Quaternary Geochronology, 21: 106-114. DOI:10.1016/j.quageo.2013.10.008 |
Zeeden C, Rivera TA and Storey M. 2014. An astronomical age for the Bishop Tuff and concordance with radioisotopic dates. Geophysical Research Letters, 41(10): 3478-3484. DOI:10.1002/2014GL059899 |
Zhu RX, Pan YX and Coe RS. 2000. Paleointensity studies of a lava succession from Jilin Province, northeastern China:Evidence for the Blake event. Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 105(B4): 8305-8317. DOI:10.1029/1999JB900448 |
Zimmerer MJ, Lafferty J and Coble MA. 2016. The eruptive and magmatic history of the youngest pulse of volcanism at the Valles caldera:Implications for successfully dating Late Quaternary eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 310: 50-57. DOI:10.1016/j.jvolgeores.2015.11.021 |
Zou H, Fan Q, Zhang H and Schmitt AK. 2014. U-series zircon age constraints on the plumbing system and magma residence times of the Changbai volcano, China/North Korea border. Lithos, 200-201: 169-180. DOI:10.1016/j.lithos.2014.04.020 |