Järvisedimenttien iänmääritys lyijyajoituksella

Abstract

Radioaktiivisuudella tarkoitetaan epästabiilin ytimen hajoamista toiseksi ytimeksi. Käytännössä ydin voi hajota kolmella perusprosessilla; alfa-, beeta tai gammahajoamisella, joista gammahajoamisessa virittyneen ytimen viritystila purkautuu emittoimalla gammahiukkasen, fotonin, jonka energia vastaa viritystilan tai viritystilojen välistä energiaa.

Lyijyn isotoopin 210Pb (puoliintumisaika noin 22 vuotta) gammahajoamiseen perustuvalla lyijyajoituksella voidaan määrittää järvenpohjien sedimenttikerrosten ikä syvyyden funktiona. Sedimentteihin 210Pb kertyy kahdella tavalla: hajoamalla radioaktiivisesti maaperässä olevasta radiumista sekä ilmakehästä suoraan esimerkiksi sateiden välityksellä tai epäsuoraan vesistöjen rannoilta eroosion vaikutuksella. Radiumista hajoavaa 210Pb-pitoisuutta kutsutaan kantavaksi pitoisuudeksi ja ilmakehästä lähtöisin olevaa kantamattomaksi pitoisuudeksi. Kantamaton pitoisuus noudattaa radioaktiivisuuden hajoamislakia, joten mittaamalla sedimenttinäytteistä lyijyn kokonaispitoisuuden ja erottamalla siitä kantamattoman pitoisuuden, voidaan sopivilla matemaattisilla ajoitusmalleilla määrittää kerrosten iät.

Sedimenttinäytteiden lyijypitoisuuksia mitataan gammaspektroskopialla, joka on käytännössä ydinten viritystilojen purkautumisessa emittoituvan gammasäteilyn havaitsemista ja analysointia. Sopivalla mittauslaitteistolla voidaan mitata eri lähteiden tuottamaa gammasäteilyä ja edelleen muodostaa gammaspektri, joka on tapana esittää säteilyn intensiteettinä energian funktiona. Spektrin yksityiskohtainen analysointi mahdollistaa tutkitussa näytteessä olevien aktiivisuuksien määrittämisen.

Tutkielmassa käytetyt sedimenttinäytteet on kaikki kairattu 20 cm syvyyteen asti ja peräisin kahden erilaisen profiilin omaavista järvistä. Vatiajärvi ja Leppävesi ovat muiden lähteiden mukaan vesistöjä, joissa koko kairaussyvyydellä päästään maksimissaan vain 25 vuoden ikään, joten osoittautui, että pääasiassa isotoopin 210Pb lyhyestä puoliintumisajasta johtuen kyseisten vesistöjen tarkka iänmääritys ei onnistu lyijyajoituksella. Sen sijaan Keiteleen sedimentoitumisnopeus on ollut huomattavasti hitaampaa ja lyijyajoituksella onnistuttiin saamaan suuntaa antava arvio kerrosten ikäjakaumasta. Tosin kovin tarkkoja tuloksia ei Keiteleestäkään saatu, joten käytössäni olevalla mittauslaitteistolla ei luotettavaan lyijyajoitukseen päästy, vaan lisäksi tarvittaisiin myös muita tukevia ajoitusmenetelmiä.