Luận văn đồng vị 14c và biến động cổ khí hậu ở việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HƯỜNG ĐỒNG VỊ 14C VÀ BIẾN ĐỘNG CỦA KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường MỤC LỤC ĐỒNG VỊ 14C VÀ BIẾN ĐỘNG CỦA KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM .1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU 1CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1Cơ sở khoa học phương pháp 1.1.1Sự hình thành đồng vị 14C tự nhiên 1.1.2Biến thiên hàm lượng 14C theo thời gian 11 1.1.3Cơ sở phương pháp 12 1.2Các phương pháp đo đồng vị phóng xạ 12 1.2.1Kỹ thuật đo hàm lượng 14C phương pháp ống đếm chứa khí (GPC) 13 1.2.2Kỹ thuật đo đồng vị 14C phổ kế gia tốc khối lượng (AMS) 13 1.2.3Kỹ thuật đo hoạt độ 14C detector nhấp nháy lỏng .14 1.3Đo đồng vị 14C detector nhấp nháy 15 1.3.1Giới thiệu detector nhấp nháy 15 1.3.2Detector nhấp nháy lỏng 16 1.4Những vấn đề quan tâm nghiên cứu luận văn 21 2CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 22 2.1Quy trình phân tích hàm lượng mẫu môi trường sử dụng hệ đo Tri-carb 2770TR/SL 22 2.1.1Thu thập mẫu 22 2.1.2Phân loại làm mẫu .23 2.1.3Làm giàu mẫu kỹ thuật benzen hóa 25 2.2 Gia công chế tạo detector nhấp nháy lỏng cho hệ Tri-carb 2770TR/SL 31 2.3Đo hoạt độ phóng xạ bêta máy đo Tri-carb 2770TR/SL 32 2.4 Thực nghiệm xác định hàm lượng đồng vị 14C số mẫu vật 34 2.4.1Thu thập mẫu 34 2.4.2Làm mẫu xử lý hóa học 36 2.4.3Làm giàu mẫu tổng hợp benzen 39 2.4.4Tạo mẫu đo .52 2.4.5 Đo mẫu hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770TR/SL .53 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 3Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 3.1Sai số phép đo phóng xạ hoạt độ nhỏ 64 3.1.1Số đếm trung bình sai số phép đo 64 3.1.2Sai số đo hiệu dụng tốc độ đếm 66 3.1.3Đánh giá độ nhạy phép đo .67 3.2Xác định hoạt độ carbon phóng xạ mẫu .68 3.3Biến thiên hàm lượng đồng vị 14C theo thời gian 69 3.4 So sánh với số nghiên cứu khác 74 KẾT LUẬN .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quá trình hình thành chu trình vận chuyển đồng vị 14C tự nhiên 11 Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ đo 14C detector nhấp nháy 17 Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo detector nhấp nháy lỏng 20 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình đo hàm lượng 14C mẫu địa chất sử dụng hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770TR/SL 22 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống TASK BENZENE SYNTHESIZER 26 Hình 2.3 Bình kích nổ sử dụng phương pháp đốt cháy 28 Hình 2.4 Một số mẫu đo hàm lượng 14C hệ đo Tri-carb 2770TR/SL36 Hình 2.5 Hình minh họa việc tẩy tạp chất mẫu theo phương pháp axit hóa 38 Hình 2.6 Hình minh họa dụng cụ giã rây mẫu thành bột mịn 41 Hình 2.7 Hệ thống chưng cất tạo khí CO2 hệ thống Task benzen synthesize 43 Hình 2.8 Bẫy nitơ lỏng hệ thống lắp đặt bẫy nitơ lỏng 45 Hình 2.9 Đồng hồ thị áp suất khí CO2 hệ thống Task benzen synthesize 47 Hình 2.10 Biểu đồ thực nghiệm xác định lượng khí CO2 Li 47 Hình 2.11 Bình chất xúc tác nhà sản xuất cung cấp 51 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Hình 1.12 Hệ thống trimer hóa axetylen ống thu benzen 51 Hình 2.13 Detector hệ thống Tri-carb2770TR/SL 53 Hình 2.14 Detector nhấp nháy dùng cho đo hàm lượng 14C mẫu địa chất 54 Hình 2.15 Sơ đồ hệ đo Tri-carb2770 TR/SL 55 Hình 2.16 Phổ lượng mẫu chuẩn OX_1 .57 Hình 2.17 Phổ lượng mẫu Bkg_1 58 Hình 2.18 Phổ lượng mẫu M173 59 Hình 2.19 Phổ lượng mẫu M176-1 60 Hình 2.20 Phổ lượng mẫu M177 61 Hình 3.1 Thăng giáng đồng vị 14C sinh Việt Nam khoảng từ đầu công nguyên trở lại 73 Hình 3.2 Ví dụ thay đổi nhiệt độ theo năm 75 Hình 3.3 Nồng độ CO2 400.000 năm gần 77 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh tiêu thực phân tích xác định tuổi 14C kĩ Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường thuật đo khác 14 Bảng 2.1: Một số mẫu dùng thực nghiệm đề tài 36 Bảng 2.2 Khối lượng mẫu .52 Bảng 2.3 Kết đo tốc độ đếm mẫu chuẩn .62 Bảng 2.4 Kết đo tốc độ đếm mẫu phông .62 Bảng 2.5 Kết đo tốc độ đếm mẫu M173 63 Bảng 2.6 Kết đo tốc độ đếm mẫu M176-1 63 Bảng 2.7 Kết đo tốc độ đếm mẫu M177 63 Bảng 3.1 Kết số đếm trung bình sai số đếm mẫu 65 Bảng 3.2 Kết số đếm trừ phông sai số hiệu dụng .67 Bảng 3.3 Hoạt độ phóng xạ sai số mẫu 69 Bảng 3.4 Mẫu nghiên cứu xác định tỷ lệ đồng vị 14C/12C 70 Bảng 3.5 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ mẫu nghiên cứu.71 Bảng 3.6 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ mẫu nghiên cứu.71 Bảng 3.7 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ (A0) mẫu nghiên cứu 72 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường MỞ ĐẦU Trong thập niên gần đây, thường xuyên nghe nói đến tượng Trái Đất nóng ấm dần lên gây biến đổi khí hậu dẫn đến thay đổi thất thường thời tiết như: mực nước biển dâng, hạn hán tăng, bão lụt thường xuyên hơn, côn trùng gây bệnh gia tăng Hiện nay, biến đổi khí hậu thách thức toàn cầu mà người phải đối mặt tiếp tục diễn tiến tương lai Cả giới quan tâm lo lắng đến kiện biến đổi khí hậu, quốc gia phải họp lại để cố gắng đến cam kết giảm thiểu lượng khí thải CO2 xác định tác nhân đưa đến biến đổi khí hậu Khu vực Đông Nam Á xem “rốn bão” giới khu vực chịu nhiều thiệt hại, dễ bị tổn thương biến đổi khí hậu lụt, bão, hạn hán … Trong đó, Việt Nam với bờ biển dài 444km 10 nước giới chịu ảnh hưởng nhiều thiên tai biến đổi khí hậu Theo đại diện Tổ chức Khí tượng giới, mức độ tích tụ khí điôxít carbon (CO2) chất gây hiệu ứng nhà kính đạt mức cao từ trước đến Hậu tất yếu tình trạng thay đổi khí hậu, gia tăng tần suất cường độ loại thiên tai giới Biểu rõ tượng khô hạn Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường xảy liên tiếp hai năm 2009-2010 Australia, Việt Nam châu Phi; tượng băng tan hai cực Trái đất với ghi nhận độ lớn khủng khiếp tảng băng tách Alaska 250km; gần lũ lụt sạt lở đất Trung Quốc, Pakistan, Thái Lan Hiện tại, biến đổi khí hậu có diễn biến phức tạp, nghiên cứu cụ thể hành động kịp thời để giảm thiểu tác hại biến đổi khí hậu người phải chịu nhiều thiên tai kéo theo nhiều hệ lụy khác, ảnh hưởng lớn đến đời sống, kinh tế xã hội Thực tế, có nhiều phương pháp để xác định thay đổi khí hậu như: xác định qua hình ảnh vệ tinh, xác định qua hàm lượng đồng vị 18 O, qua nghiên cứu phấn hoa xác định qua hàm lượng đồng vị 14C phương pháp bổ trợ kết phương pháp khác để góp phần vẽ lên đồ hoàn chỉnh biến đổi khí hậu toàn cầu Xác định hàm lượng đồng vị 14C có nhiều phương pháp: phương pháp khối phổ kế phương pháp đo trực tiếp hoạt độ carbon phóng xạ Phương pháp khối phổ kế cho phép xác định trực tiếp số đồng vị carbon có mẫu Phương pháp có ưu điểm có độ nhạy cao, lượng mẫu sử dụng nhỏ, dùng đồng thời cho nguyên tố nhẹ, giá thành đắt đòi hỏi sở hạ tầng cao nên khó áp dụng phổ biến Hiện phòng thí nghiệm Viện khảo cổ học – Viện Khoa học Xã hội Việt Nam có hệ thống máy đo Tri-carb 2770TR/SL hệ thống Task benzen synthesize nên khóa luận lựa chọn giải pháp xử lý mẫu môi trường đo hàm lượng phóng xạ 14C phương pháp tổng hợp benzen (C 6H6) hệ đo nhấp nháy lỏng Với thực trên, khóa luận mong muốn đóng góp phần công sức nhỏ nỗ lực nghiên cứu biến đổi khí hậu Việt Nam Đó lý em chọn đề tài “Đồng vị 14C biến động cổ khí hậu Việt Nam” làm luận văn thạc sỹ Luận văn phần mở đầu kết luận gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu Chương 2: Thực nghiệm Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Chương 3: Kết thảo luận Đề tài luận văn thực khoảng thời gian từ tháng 4/2010 đến tháng 12/2010 Phòng Thí nghiệm Xác định niên đại, Viện khảo cổ học – Viện Khoa học Xã hội Việt Nam CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở khoa học phương pháp 1.1.1 Sự hình thành đồng vị 14C tự nhiên Trong tự nhiên, carbon có ba đồng vị carbon-12 ( 12C), carbon-13 (13C), carbon-14 (14C) Trong 12C, 13C đồng vị bền chiếm phần chủ yếu tự nhiên (12C chiếm khoảng 99,63%; 13C chiếm khoảng 0,37%) 14C chiếm phần tỷ lệ nhỏ khoảng 1,3.10 -10% đồng vị không bền vững, có khả phân rã phóng xạ β- để trở thành nguyên tố khác Mỗi hạt nhân 14C gồm có proton nơtron, đồng vị có tính chất hóa học giống đồng vị carbon không phóng xạ C 12 C13 Vì 14C có nhiều nơtron hạt nhân đồng vị khác nên 14C không bền vững, có tính phóng xạ Khi phân rã, 14C chuyển thành nitơ bền phát hạt bêta phương trình: 14 C →147 N + e − + υ e (1.1) Quá trình phân rã (1.1) hoàn toàn tự phát không phụ thuộc vào tác động môi trường khí hậu Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Trong cấu tạo vỏ Trái Đất, đồng vị 14C sẵn mà xuất từ khí va chạm hạt nơtron (có tia vũ trụ) nguyên tử nitơ có sẵn không khí theo phương trình sau: n + 147 N → 146 C + p + 0, 6MeV (1.2) Quá trình xảy tầng bình lưu, nhiều độ cao khoảng 15km đến 20km Đồng vị 14C sau hình thành nhanh chóng kết hợp với ôxy để thành khí điôxít carbon (CO2) tham gia vào chu trình hoạt động khí đồng vị carbon khác Trong khí CO2, hàm lượng 14CO2 nhỏ (cứ triệu phân tử CO2 chứa carbon bền có phân tử CO chứa đồng vị không bền 14C) Khí CO2 hình thành nhanh chóng phân tán khắp toàn cầu, xanh quang hợp, xanh chứa 14C với tỷ lệ CO2 khí Con người hay loài vật ăn thịt hổ, báo… ăn thịt vật ăn cỏ thu nạp đồng vị 14 C dẫn đến tất động vật, thực vật giới chứa đồng vị Ngoài ra, có lượng đáng kể CO khí hòa tan vào nước biển tạo thành carbonat (CO32-), nghĩa nước biển có đồng vị 14C với tỉ lệ Đó phần tuần hoàn carbon tự nhiên gọi chu trình carbon hình minh họa Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Từ đó, sai số tương đối số đo hiệu dụng tốc độ đếm tính δ (n∂φ ) = σ (n∂φ ) n∂φ 100% Biểu diễn kết sau: n∂Φ ± δ(nεΦ) Nếu biểu diễn kết theo sai số tương đối n ∂Φ ± δ(nεΦ) Ngoài phép đo phóng xạ hoạt độ nhỏ, để tăng độ tin cậy phép đo biểu diễn kết đo theo %2δ Như vậy, xét theo sai số hiệu dụng có kết trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết số đếm trừ phông sai số hiệu dụng TT Mẫu đo Số đếm trung bình trừ phông (cpm) Sai số thống kê M173 9,3795 0,0535 M176-1 9,0252 0,0527 M177 9,0232 0,0527 3.1.3 Đánh giá độ nhạy phép đo 3.1.3.1 Quy tắc Nφ Để xác định hoạt độ phóng xạ N φ nguồn thực nghiệm cần phải xác định tốc độ đếm nguồn gây Tốc độ đếm nguồn gây nên xác định qua hai phép đo: phép đo phông phép đo nguồn Do nguồn có cường độ nhỏ nên tốc độ đếm có nguồn không khác nhiều so với tốc độ đếm đo phông Ta chọn thời gian đo phông đo nguồn t Trong toán xác định hoạt độ phóng xạ nhỏ ta cần ý tới việc khoảng thời gian đo định hoạt độ phóng xạ nguồn nhỏ để thiết bị có khả phát Do đó, công việc tính toán hoạt độ phóng xạ ta cần ý tới quy tắc tức là: Với độ tin cậy 99,7% giá N φ trị NS = NS+Φ- NΦ < ta kết luận hoạt độ nguồn không Ngược lại, N S = NS+Φ- NΦ > hoạt độ phóng xạ nguồn khác không Đây quy tắc Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Vậy giá trị số đo mẫu N n ( n S +φ − nφ >φ φ kt phân tích mẫu phông thoả mãn bất đẳng thức NS+Φ- NΦ > hay kết luận mẫu có hoạt độ lớn không Từ đó, độ nhạy phép đo đánh giá theo mức phóng xạ nhỏ phát Amin Amin = 3σ ( nεφ ) ε = ∂ ( n ∂φ ) ε = nφ nm + K m t Kφ t ε (3.8) Một cách gần coi nm ≈ nΦ Khi có: Amin = 2nφ ε kφ t = 4,24 nφ ε kφ t (3.9) Trong đó, ε hiệu suất ghi xạ bêta hệ đo xác định theo phép đo nguồn phóng xạ chuẩn 3.1.3.2 Độ nhạy phép đo Theo quy tắc, độ nhạy thiết bị đo mẫu chuẩn OX_1 hoạt độ 19,36dpm/g mẫu phông kết sau: Số đếm mẫu chuẩn trung bình: Nst= 34,2977cpm, khối lượng mst = 2,615g Hiệu suất ghi xác định ε= Astdoduoc 34.2977 / 2,615 = = 0,6775 Ast 19,36 Với Nφ = 1,0455cpm, kφ = 40, t = 100 phút, theo công thức (3.9) ta có độ nhạy thiết bị Amin = 0,101dpm/g Nghĩa là, hệ thiết bị đo xác định mẫu có hàm lượng tối thiểu 0,101dpm/g 3.2 Xác định hoạt độ carbon phóng xạ mẫu Từ số liệu thu ta tiến hành tính toán xác định hoạt độ phóng xạ Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường mẫu dựa mẫu chuẩn với điều kiện mẫu chuẩn mẫu cần xác định phải đo điều kiện Nếu khối lượng mẫu mẫu chuẩn đo với khối lượng khác ta cần phải tiến hành hiệu chỉnh khối lượng công thức xác định hàm lượng phóng xạ mẫu xác định theo công thức As n / ms = s Ast n st / m st ⇒ As = Ast (3.11) Sai số xác định theo công thức ∆A  ∆n ∆A = A  s  ns   ∆n st  +    n st    (3.12) Trong đó: ns nst tốc độ đếm thực trừ phông mẫu đo mẫu chuẩn (cpm) As Ast hoạt độ phóng xạ tương ứng mẫu đo mẫu chuẩn (g) ∆ns, ∆nst sai số số đếm mẫu đo mẫu chuẩn Như vậy, sau tiến hành hiệu chỉnh phông, hiệu chỉnh khối lượng, tính giá trị hàm lượng carbon phóng xạ mẫu Kết trình bày bảng 3.3 Bảng 3.3 Hoạt độ phóng xạ sai số mẫu TT Mẫu đo Hoạt độ phóng xạ Sai số thống kê (dpm/gC) (dpm/gC) Sai số tương đối (%) M173 12,4580 0,0642 0,515 M176-1 13,2623 0,0691 0,521 M177 12,3536 0,0649 0,525 3.3 Biến thiên hàm lượng đồng vị 14C theo thời gian Những mẫu vật sinh học (mẫu gỗ, vỏ nhuyễn thể, thực vật hóa than ) địa điểm khác có tuổi xác định rõ ràng phương pháp khác nhau, ns / ms n st / m st Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường sưu tầm tập hợp, kết bảng 3.4 Bảng 3.4 Mẫu nghiên cứu xác định tỷ lệ đồng vị 14C/12C TT Mẫu phân tích Vị trí, chất liệu niên đại 05NT.F1.M1 Mẫu gỗ kỷ 17-18 AD, vườn Nhật Tân, Hà Nội 2000TĐ E3 Mẫu gỗ kỷ 15-16 AD, đình Tây Đằng, Ba Vì, Hà Tây NT.03.H1.DX3 Mẫu gỗ kỷ 3-4 AD, khu di tích Nhân Nghĩa, Cần Thơ TV.Mo.102 Mẫu gỗ kỷ 13-14, mộ cổ Tả Van, Lào Cai 99VN.CC.WEX2 Mẫu gỗ kỷ 15-16, tàu đắm CLC, Quảng Nam LĐS.01H1.M1 Mẫu gỗ kỷ 12-13, khu di tích Long Đọi Sơn, Hà Nam LK.02.CB Mẫu gỗ kỷ 16-17, khu di tích Lam Kinh, Thanh Hóa 99KT.H3.001 Mẫu gỗ kỷ -10, khu di tích Khải Thánh, Hà Nội 02BĐ.B4.L6 Mẫu gỗ kỷ 16-17, khu di tích Ba Đình Hà Nội 10 02BĐ.B3.L4 Mẫu gỗ kỷ 14-15, khu di tích Ba Đình, Hà Nội 11 02BĐ.B10.L10 Mẫu gỗ kỷ 13-14 khu di tích Ba Đình, Hà Nội 12 02BĐ.B1.L4.M6 Mẫu gỗ kỷ 11-12 cột nhà khu di tích Ba Đình, Hà Nội 13 02BĐ.A16.L9a Mẫu gỗ kỷ 8-9, khu di tích Ba Đình, Hà Nội 14 03CT.M1 Thực vật hóa than, kỷ 7-8, khu di tích Cát Tiên, Lâm Đồng 15 03CT.M2 Thực vật hóa than, kỷ 4-5, khu di tích Cát Tiên, Lâm Đồng 16 02BĐ.B3.L3 Mẫu vỏ sò hàu kỷ 14-15, di tích B3L3 Lượng đồng vị carbon phóng xạ dư mẫu nghiên cứu xác định theo hoạt độ phóng xạ bêta phát mẫu đo máy Tricarb2770TR/SL Kết bảng 3.5 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Bảng 3.5 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ mẫu nghiên cứu TT Số hiệu mẫu Số hiệu phòng Kết phân tích thí nghiệm đo Bq/kgC (2) (3) (6) 05NT.F1.M1 HNK-258 219,6±1,1 2000TĐ E3 HNK-51 212,2±1,1 NT.03.H1.DX3 HNK-188 179,7 ±1,2 TV.Mo.102 HNK-133B 203,3±1,3 99VN.CC.WEX2 HNK-14 211,0±1,3 LĐS.01H1.M1 HNK-153 193,4±1,5 LK.02.CB HNK-176/1 219,1±1,2 99KT.H3.001 HNK-13/1 196,0±1,2 02BĐ.B4.L6 HNK-171 218,3±1,2 10 02BĐ.B3.L4 HNK-174 213,7±1,3 11 02BĐ.B1.L4e.M5 HNK-173 206,6±1,3 12 02BĐ.A18.L12 HNK-231 202,4±1,3 13 02BĐ.A16.L9.M1 HNK-236 191,5±1,2 14 03CT.M1 HNK-217/1 194,9±1,5 15 03.CT.H2 HNK-183/1 182,2±1,6 16 02BĐ.B3.L3 HNK-177 204,0±1,1 (1) Ngoài ra, trình nghiên cứu đo lặp kiểm tra gửi số mẫu tới phòng thí nghiệm nước để đo đối sánh Kết bảng 3.6 Bảng 3.6 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ mẫu nghiên cứu TT Kết đo lần Kết đo kiểm tra Số hiệu Bq/kgC Số hiệu Bq/kgC HNK-133B 203,3±1,3 HNK-173 206,6±1,3 HNK-171 218,3±1,2 HNK-176/1 219,1±1,2 HNK-174 213,7±1,3 HNK-177 204,0±1,1 HNK-258 219,6±1,1 AA69829 219,8±0.9 HNK-231 202,4±1,3 SNU 04 -061 199,0±1,0 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường (*) Trong bảng trên, ký hiệu AA- mẫu phòng thí nghiệm trường đại học bang Arizona (Mỹ) đo, SNU-mẫu trường đại học Seoul (Hàn Quốc) đo, HNK-mẫu phòng thí nghiệm Hà Nội (Việt Nam) Bảng 3.6 cho thấy kết đo hoạt độ đồng vị 14C nghiên cứu ổn định tương đương với phòng thí nghiệm khác Như biết, kết trình bày Bảng 3.6 giá trị hoạt độ carbon phóng xạ dư mẫu đo Do vậy, cần phải hiệu chỉnh để chuyển đổi giá trị hoạt độ ban đầu chúng sinh vật cách sử dụng công thức (1.4) Theo đó, xác định giá trị hoạt độ 14C mẫu sinh vật thời điểm ban đầu (A0), kết bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ (A0) mẫu nghiên cứu TT Năm (AD) Kết *(Bq/kgC) 1700 ± 100 225,5 ± 1,1 1600 ± 100 226,4 ± 1,1 1500 ± 100 220,9 ± 1,2 1400 ± 100 219,9 ± 1,1 1300 ± 100 217,7 ± 1,2 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 1250 ± 50 204,2 ± 2,4 1200 ± 100 206,1 ± 1,5 1100 ± 100 208,5 ± 1,3 950 ± 100 210,6 ± 2,4 10 900 ± 100 215,5 ± 1,2 11 800± 100 212,4 ± 1,2 12 700 ± 100 218,0 ± 1,5 13 400 ± 100 209,2 ± 1,6 14 300 ± 100 208,1 ± 1,2 * Trong bảng để đơn giản, mẫu có khoảng thời gian lấy theo giá trị trung bình số học Từ kết xác định hoạt độ 14C Bảng 3.7, ta có đồ thị biểu diễn thăng giáng hàm lượng đồng vị 14C sinh Việt Nam hình 3.1 Hình 3.1 Thăng giáng đồng vị 14C sinh Việt Nam khoảng từ đầu công nguyên trở lại Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Kết khảo sát hàm lượng đồng vị 14C sinh Việt Nam thu Hình 3.1 cho số nhận định sau: - Hàm lượng đồng vị carbon phóng xạ sinh đại lượng bất biến mà có thay đổi theo thời gian Ở nước ta kể từ đầu Công nguyên, hàm lượng đồng vị 14C sinh tăng dần đến khoảng kỷ VII, năm sau giảm dần đạt cực tiểu khoảng kỷ XIII Từ sau kỷ XIII, hàm lượng đồng vị 14C sinh có xu hướng tăng dần, song chưa đạt đến mức Trong nghiên cứu, xác định năm 2006 hàm lượng 14C mẫu thực vật không khí trung bình 229,2 ± 2,9(Bq/kgC) Các nghiên cứu gần cho thấy biến thiên hàm lượng đồng vị 14 C sinh thường số nguyên sau: - Do vụ nổ hạt nhân thử nghiệm khí Các số liệu quan trắc năm 1966-1967 hoạt độ phóng xạ riêng 14C khí tăng gấp đôi so với đầu kỷ 20 Sau ngừng vụ thử hạt nhân, hoạt độ phóng xạ riêng 14C giảm dần, có suy hướng đạt tới giá trị A0 - Do trạng thái hoạt động mạnh mặt trời làm tăng thông lượng dòng xạ nơtrôn khí quyển, kết làm tăng hàm lượng đồng vị 14C sinh Ngược lại, hàm lượng đồng vị 14C sinh suy giảm nguyên nhân chủ yếu sau: có chuyển dịch lên cao tầng nước sâu đáy đại dương nơi có hàm lượng đồng vị carbon phóng xạ thấp lên trên, với nước bốc lên hấp thụ hạt nơtrôn mà kết làm suy giảm hàm lượng 14C sinh Ngoài việc sử dụng nhiều nhiên liệu hóa thạch (than đá hay dầu mỏ) hoạt động nhân sinh làm giảm đáng kể hàm lượng đồng vị 14 C Theo đó, vào khoảng kỷ XIII vùng biển ven bờ nước ta có thay đổi môi trường liên quan đến chuyển dịch tầng nước sâu 3.4 So sánh với số nghiên cứu khác Trong khoảng vài chục năm gần đây, biến đổi khí hậu ảnh hưởng nghiêm Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường trọng đến quốc gia toàn cầu, gây hậu nặng nề, mà đề tài nghiên cứu biến đổi khí hậu thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu nhà khoa học quốc gia giới Hiệu ứng nhà kính Jean Baptiste Joseph Fourier (người Pháp) đặt tên Khi xạ hồng ngoại vào khí quyển, khí có CO2 phân tử CO2 hấp thụ hồng ngoại mạnh (do cấu tạo phân tử CO2, tia hồng ngoại kích thích mạnh dao động nguyên tử phân tử CO2) Vì vậy, tia hồng ngoại (tức sức nóng) không thoát khỏi khí mà bị nhốt lại, khiến Trái Đất nóng lên Như vậy, phân tử khí CO2 khí có tác dụng lớp kính hiệu ứng nhà kính Trong khí có CO2 gây hiệu ứng nhà kính mà nhiều loại nước, mê tan, CFC Tuy nhiên, phát thải nhiều hiệu ứng nhà kính CO2 gây lớn, ảnh hưởng mạnh đến tăng nhiệt độ Trái đất, gây nhiều hậu nghiêm trọng tới đời sống, kinh tế, xã hội Thực tế là, với số liệu thu thập người ta tính toán vẽ biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình trái đất từ năm 1880 đến Hình 3.2 Ví dụ thay đổi nhiệt độ theo năm Nhìn vào đồ thị ta thấy, kỷ (1900-2000), nhiệt độ trung bình mặt địa cầu tăng 0,74±0,180C Theo Tổ chức Liên phủ biến đổi khí hậu Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường (IPCC), từ kỷ XX, nhiệt độ tăng mạnh bắt đầu có tượng hiệu ứng nhà kính Theo tốc độ này, đến năm 2100, nhiệt độ trái đất tăng từ 1,10C đến 6,40C Việc tăng nhiệt độ trái đất làm tăng mực nước biển, gây thời tiết bất thường, mùa màng thay đổi… Tại Việt Nam có nhiều nhà khoa học nghiên cứu đề tài này, có nghiên cứu Nguyễn Quang Miên Bùi Văn Loát với tiêu đề: “Thăng giáng hàm lượng đồng vị 14 C sinh Việt Nam” Hai tác giả tiến hành xây dựng biểu đồ thăng giáng hàm lượng đồng vị 14C theo thời gian, từ đề xuất số biến đổi môi trường khí hậu Holocene muộn Việt Nam [6] Tuy nhiên, nhớ nhiệt độ tăng đại dương giải phóng lượng CO2 đáng kể (vì độ hoà tan CO2 nước biển tỷ lệ nghịch với nhiệt độ) Điều cho suy nghĩ pha loãng đồng vị carbon phóng xạ Việt Nam khoảng kỷ X -XIII (Hình 3.1) khí CO2 thoát từ đại dương mà nguyên sâu xa có nóng lên khí hậu Và hệ khí hậu nóng lên, đất Việt Nam thời kỳ Lý-Trần hẳn có dâng cao mức nước biển Vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, song điều nghĩ tới xem xét thăng giáng hàm lượng đồng vị carbon phóng xạ hình 3.1 Ngoài ra, nghiên cứu khác cho biết, từ hình thành Trái Đất hàm lượng khí CO2 có thay đổi, ban đầu chiếm đến 80% khí quyển, đến cách tỷ năm khoảng 20-30% khoảng 400 000 năm trở lại nồng độ khí CO2 khí có thay đổi dao động mang tính chu kỳ hình 3.3 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Hình 3.3 Nồng độ CO2 400.000 năm gần Do vậy, có số nhà khoa học cho yếu tố khác tia vũ trụ từ trường mặt trời đóng vai trò quan trọng biến đổi khí hậu Việc tìm kiếm lời giải đáp khác chuyện bình thường cần thiết khoa học Và nghiên cứu bước đầu qua quan trắc số đo đồng vị 14C cần quan tâm nghiên cứu tiếp tương lai Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường KẾT LUẬN Luận văn đạt mục tiêu đề đo hàm lượng carbon phóng xạ mẫu sinh vật detector nhấp nháy lỏng Trong trình thực hiện, tác giả luận văn tiến hành nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết phương pháp trực tiếp thực thí nghiệm đo Phòng Thí nghiệm xác định niên đại Viện Khảo cổ học – Viện Khoa học Xã hội Việt Nam Luận văn đạt thành công định với kết là: Tiến hành nghiên cứu tìm hiểu vấn đề lý thuyết hình thành đồng vị 14C tự nhiên, biến thiên hàm lượng đồng vị 14 C theo thời gian phương pháp đo hàm lượng đồng vị 14C detector nhấp nháy lỏng Tiến hành làm quen tìm hiểu quy trình: xử lý mẫu, chế tạo detector, đo hàm lượng 14C hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770TR/SL phòng thí nghiệm Viện Khảo cổ học – Viện Khoa học Xã hội Việt Nam Thực đo hàm lượng 14 C cho mẫu gồm: mẫu gỗ M173; mẫu gỗ M176-1; mẫu vỏ nhuyễn thể M177 Tiến hành xử lý số liệu kết hợp với sưu tầm kết nghiên cứu khác để biểu diễn thăng giáng đồng vị 14C sinh Việt Nam từ khoảng đầu công nguyên trở trở lại Từ đó, phần xác định biến động cổ khí hậu Việt Nam quãng thời gian Phương pháp xác định hàm lượng 14C để dự đoán biến động khí hậu Việt Nam góp phần nhỏ bổ trợ kết phương pháp khác vẽ lên đồ hoàn chỉnh biến đổi khí hậu Việt Nam Tuy nhiên, thời gian có hạn nên tác giả luận văn chưa nghiên cứu sâu sắc, đề tài cần nghiên cứu tiếp Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Minh Cảo, “Giáo trình detector hạt bản”, Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM [2] Lê Thị Ngọc Hạnh (2010), “Nghiên cứu đo tuổi carbon phóng xạ mẫu địa chất đềtêctơ nhấp nháy lỏng”, Luận văn thạc sĩ, trường Sư phạm TPHCM, Đại học Quốc gia TPHCM [3] Bùi Văn Loát (2002), “Xác suất thông kê xử lý số liệu hạt nhân”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [4] Nguyễn Quang Miên (2002), Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu xác định niên đại 14C vật liệu gốm cổ, trung tâm khoa học xã hội nhân văn quốc gia – viện khảo cổ học [5] Nguyễn Quang Miên (2004), Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu xác định niên đại 14C khu di tích Hoàng Thành – Thăng Long, 18 Hoàng Diệu, Viện khoa học xã hội Việt Nam, Viện khảo cổ học [6] Nguyễn Quang Miên, Bùi Văn Loát, Thăng giáng hàm lượng đồng vị 14C sinh Việt Nam, Báo cáo hội nghị khoa học trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, tháng 11 năm 2010 [7] Nguyễn Triệu Tú (2005), “Các thực tập vật lý hạt nhân”, NXB ĐHQGHN [8] Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội “Giáo trình thực tập Vật lý hạt nhân”, 2004 [9] Nguyễn Triệu Tú (2006), “Ghi nhận đo lường xạ”, NXB ĐHQG Hà Nội [10] Viện Khoa học xã hội Việt Nam, phòng thí nghiệm xác định niên đại (2005), Hướng dẫn vận hành bảo dưỡng thiết bị đo phóng xạ Tri-carb 2770TR/SL (bản dịch từ tài liệu hãng Canberra) [11] Trang web http://www.google.com.vn/ Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường [12] Trang web http://www.khoahoc.com.vn/ [13] Trang web http:// www.thoitiet.net/ [14] Trang web http:www.ctu.edu.vn/ﾧ [15] Trang web http://www.idm.gov.vn/ﾧ [16] Trang web http://www.wrd.gov.vn/ [17] Trang web http://vi.wikipedia.org/ [18] Trang web http://vietbao.vn/Khoa-hoc/ Tài liệu tiếng anh [19] M J Aitken, Science-based Dating in Archaeology , London and New York [20] Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat, 2006 Radiocarbon dating geological and archaeological objects by benzene synthesis and liquid scintillation couting Journal of Science, Mathematics-Phyiscs T.XXII, No2AP, Tr: 107-110 [21] Bui Van Loat, Nguyen Quang Mien 2006 Carbon-14 activity of environmental samples at Hanoi area in 2006 Journal of Science, MathematicsPhyiscs T.XXII, No2AP, Tr: 111-115