Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)

Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)Đồng vị 14C và biến động cổ khí hậu ở Việt Nam (luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HƢỜNG ĐỒNG VỊ 14C VÀ BIẾN ĐỘNG CỦA KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HƢỜNG ĐỒNG VỊ 14C VÀ BIẾN ĐỘNG CỦA KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao Mã số 60 44 05 : LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN QUANG MIÊN Luận văn thực Viện Khảo cổ, Viện Khoa học Xã hội Việt Nam Hà Nội – 2012 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .8 1.1 Cơ sở khoa học phương pháp 1.1.1 Sự hình thành đồng vị 14C tự nhiên .8 1.1.2 Biến thiên hàm lượng 14C theo thời gian 1.1.3 Cơ sở phương pháp .10 1.2 Các phương pháp đo đồng vị phóng xạ 11 1.2.1 Kỹ thuật đo hàm lượng 14C phương pháp ống đếm chứa khí (GPC) 11 1.2.2 Kỹ thuật đo đồng vị 14C phổ kế gia tốc khối lượng (AMS) 11 1.2.3 Kỹ thuật đo hoạt độ 14C detector nhấp nháy lỏng 12 1.3 Đo đồng vị 14C detector nhấp nháy 13 1.3.1 Giới thiệu detector nhấp nháy 13 1.3.2 Detector nhấp nháy lỏng 15 1.4 Những vấn đề quan tâm nghiên cứu luận văn 19 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 20 2.1 Quy trình phân tích hàm lượng mẫu môi trường sử dụng hệ đo Tri-carb 2770TR/SL 20 2.1.1 Thu thập mẫu 20 2.1.2 Phân loại làm mẫu 21 2.1.3 Làm giàu mẫu kỹ thuật benzen hóa 23 Gia công chế tạo detector nhấp nháy lỏng cho hệ Tri-carb 2770TR/SL 28 2.3 Đo hoạt độ phóng xạ bêta máy đo Tri-carb 2770TR/SL .29 2.4 Thực nghiệm xác định hàm lượng đồng vị 14C số mẫu vật 30 2.4.1 Thu thập mẫu 30 2.4.2 Làm mẫu xử lý hóa học 32 2.4.3 Làm giàu mẫu tổng hợp benzen .33 2.4.4 Tạo mẫu đo 40 2.4.5 Đo mẫu hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770TR/SL 40 2.2 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Chƣơng - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Sai số phép đo phóng xạ hoạt độ nhỏ 46 3.1.1 Số đếm trung bình sai số phép đo 46 3.1.2 Sai số đo hiệu dụng tốc độ đếm 48 3.1.3 Đánh giá độ nhạy phép đo .50 3.2 Xác định hoạt độ carbon phóng xạ mẫu 51 3.3 Biến thiên hàm lượng đồng vị 14C theo thời gian 52 3.4 3.4 So sánh với số nghiên cứu khác 58 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 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 Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ đo 14C detector nhấp nháy 15 Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo detector nhấp nháy lỏng 17 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 20 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống TASK BENZENE SYNTHESIZER 24 Hình 2.3 Bình kích nổ sử dụng phương pháp đốt cháy 25 Hình 2.4 Một số mẫu đo hàm lượng 14C hệ đo Tri-carb 2770TR/SL .31 Hình 2.5 Hình minh họa việc tẩy tạp chất mẫu theo phương pháp axit hóa 32 Hình 2.6 Hình minh họa dụng cụ giã rây mẫu thành bột mịn 34 Hình 2.7 Hệ thống chưng cất tạo khí CO2 hệ thống Task benzen synthesize 34 Hình 2.8 Bẫy nitơ lỏng hệ thống lắp đặt bẫy nitơ lỏng 35 Hình 2.9 Đồng hồ thị áp suất khí CO2 hệ thống Task benzen synthesize 35 Hình 2.10 Biểu đồ thực nghiệm xác định lượng khí CO2 Li 36 Hình 2.11 Bình chất xúc tác nhà sản xuất cung cấp 38 Hình 1.12 Hệ thống trimer hóa axetylen ống thu benzen 39 Hình 2.13 Detector hệ thống Tri-carb2770TR/SL 40 Hình 2.14 Detector nhấp nháy dùng cho đo hàm lượng 14C mẫu địa chất 41 Hình 2.15 Sơ đồ hệ đo Tri-carb2770 TR/SL 42 Hình 2.16 Phổ lượng mẫu chuẩn OX_1 43 Hình 2.17 Phổ lượng mẫu Bkg_1 43 Hình 2.18 Phổ lượng mẫu M137 43 Hình 2.19 Phổ lượng mẫu M176-1 44 Hình 2.20 Phổ lượng mẫu M177 44 Hình 3.1 Thăng giáng đồng vị 14C sinh Việt Nam khoảng từ đầu công nguyên trở lại .56 Hình 3.2 Ví dụ thay đổi nhiệt độ theo năm 58 Hình 3.3 Nồng độ CO2 400.000 năm gần .60 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh tiêu thực phân tích xác định tuổi 14C kĩ thuật đo khác 12 Bảng 2.1: Một số mẫu dùng thực nghiệm đề tài 31 Bảng 2.2 Khối lượng mẫu 39 Bảng 2.3 Kết đo tốc độ đếm mẫu chuẩn 45 Bảng 2.4 Kết đo tốc độ đếm mẫu phông 45 Bảng 2.5 Kết đo tốc độ đếm mẫu M173 45 Bảng 2.6 Kết đo tốc độ đếm mẫu M176-1 46 Bảng 2.7 Kết đo tốc độ đếm mẫu M177 46 Bảng 3.1 Kết số đếm trung bình sai số đếm mẫu 48 Bảng 3.2 Kết số đếm trừ phông sai số hiệu dụng 49 Bảng 3.3 Hoạt độ phóng xạ sai số mẫu 52 Bảng 3.4 Mẫu nghiên cứu xác định tỷ lệ đồng vị 14C/12C .52 Bảng 3.5 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ mẫu nghiên cứu .54 Bảng 3.6 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ mẫu nghiên cứu .55 Bảng 3.7 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ (A0) mẫu nghiên cứu 56 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 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 lượng đồng vị 14 18 O, qua nghiên cứu phấn hoa xác định qua hàm C phương pháp bổ trợ kết phương pháp khác để góp phần vẽ lên đồ hoàn chỉnh biến đổi khí hậu toàn cầu Luận văn thạc sỹ Xác định hàm lượng đồng vị Nguyễn Thị Hường 14 C 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 (C6H6) 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 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 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường CHƢƠNG 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 C12 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: C 147N  e    e 14 (1.1) Quá trình phân rã (1.1) hoàn toàn tự phát không phụ thuộc vào tác động môi trường khí hậu Trong cấu tạo vỏ Trái Đất, đồng vị 14C s n mà xuất từ khí va chạm hạt nơtron (có tia vũ trụ) nguyên tử nitơ có s n 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 14 CO2 nhỏ (cứ triệu phân tử CO2 chứa carbon bền có phân tử CO2 chứa đồng vị không bền 14 C) 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 CO2 khí hòa tan vào nước biển tạo Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường thành carbonat (CO32-), nghĩa nước biển có đồng vị 14 C với tỉ lệ Đó phần tuần hoàn carbon tự nhiên gọi chu trình carbon hình minh họa Hình 1.1 Quá trình hình thành chu trình vận chuyển đồng vị 14C tự nhiên (Nguồn từ sách: Science-based Dating in Archaeology) 1.1.2 Biến thiên hàm lượng 14C theo thời gian Trong tự nhiên có trình ngược xảy hai đồng vị 14C 14 N: trình tạo đồng vị 14 C từ 14 N tác động tia vũ trụ phương trình (1.1); trình tự phân rã 14 C thành 14 N phương trình (1.2) Sau tạo thành đồng vị 14C nhanh chóng bị ôxi hóa thành khí điôxít carbon tham gia vào chu trình chuyển hóa sinh chất khí CO2 thông thường Quá trình diễn liên tục nên môi trường tự nhiên dẫn đến hình thành trạng thái "dừng", nghĩa trạng thái trì không đổi tỷ số 14C/12C khí sinh vật Trong khí quyển, tỷ số có giá trị: Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Phép đo mẫu phân tích ký hiệu đo tốc độ đếm là: nM Từ biểu thức xác định số đo hiệu dụng tốc độ đếm phép đo xạ hạt nhân mẫu công thức: n  nM  n (3.4) Bằng phép đạo hàm theo tham số ta nhận phương trình xác định phương sai số đo hiệu dụng tốc độ đếm sau: (n )  (nM )  (n ) (3.5) Thay giá trị từ công thức (3.3) vào phương trình giả thiết thời gian đo lần nhận sai số tuyệt đối số đo tốc độ đếm hiệu dụng (n )  (n )  (nm )  (n )  n nm  K mt K t (3.6) Trong Km, K số lần đo lặp mẫu phân tích mẫu phông Từ đó, sai số tương đối số đo hiệu dụng tốc độ đếm tính  (n )   (n ) n 100% Biểu diễn kết sau: n ± (n) Nếu biểu diễn kết theo sai số tương đối n ± (n) Ngoài phép đo phóng xạ hoạt độ nhỏ, để tăng độ tin cậy phép đo biểu diễn kết đo theo %2 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 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 3.1.3 Đánh giá độ nhạy phép đo 3.1.3.1 Quy tắc N  Để xác định hoạt độ phóng xạ 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 N  tức là: Với độ tin cậy 99,7% giá trị NS = NS+- N < N  ta kết luận hoạt độ nguồn không Ngược lại, NS = NS+- N > N  hoạt độ phóng xạ nguồn khác không Đây quy tắc N  Vậy giá trị số đo mẫu phân tích mẫu phông thoả mãn bất đẳng thức NS+- N > N  hay (nS   n  n kt kết luận mẫu có hoạt độ lớn không Từ đó, độ nhạy phép đo đánh giá theo mức phóng xạ nhỏ phát Amin Amin  3 (n )   (n )   n nm  K m t K t  (3.8) Một cách gần coi nm  n Khi có: Amin  2n  k t  4,24 n  k t (3.9) Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Trong đó,  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   Astdoduoc 34.2977 / 2,615   0,6775 Ast 19,36 Với N = 1,0455cpm, k = 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 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 / mst  As  Ast n s / ms nst / mst (3.11) Sai số A xác định theo công thức  n A  A  s  ns   nst      nst    (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 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 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, 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 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 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 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 TT (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 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường Bảng 3.6 Kết đo hoạt độ carbon phóng xạ mẫu nghiên cứu Kết đo lần TT 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 (*) 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 14 C 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 điểm ban đầu (A0), kết bảng 3.7 14 C mẫu sinh vật thời Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 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 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 14 C 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 14 C 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 14 C 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 14 C 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 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 3.4 So sánh với số nghiên cứu khác Trong khoảng vài chục năm gần đây, biến đổi khí hậu ảnh hưởng nghiêm 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 CO 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 Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 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 (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 1,1 0C 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 14 C 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 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 14 C 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 14 C 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 14 C 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 14 C 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/ [15] Trang web http://www.idm.gov.vn/ [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 [...]...Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường C14 1,3  C12 1012 Mô hình trên cũng cho thấy, quá trình hình thành lượng đồng vị carbon phóng xạ trong khí quyển phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động của mặt trời và con người trên Trái đất Giả sử những năm mặt trời hoạt động mạnh, lượng hạt nơtron phóng về Trái đất nhiều hơn thì số lượng phản ứng tạo ra đồng vị 14C cũng sẽ diễn ra nhiều hơn Và như vậy, nếu xác định được biến. .. diện chuyên dụng 2.4 Thực nghiệm xác định hàm lượng đồng vị 14C trong một số mẫu vật Dựa vào các quy trình nghiên cứu trên, tác giả luận văn đã tiến hành thực nghiệm phân tích một số mẫu địa chất bằng phương pháp đo đồng vị 14C trên hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770TR/SL tại phòng thí nghiệm xác định niên đại Viện khảo cổ - Viện Khoa học Xã hội Việt Nam 2.4.1 Thu thập mẫu Dưới đây là hình ảnh của một... trong nó trở thành nguyên chất dưới dạng bia graphit Khi đo, bia graphit sẽ được kích thích để tạo ra các ion carbon tự do trong buồng mẫu gồm cả 12 C, 13 C và 14 C, sau đó dưới tác dụng của điện trường các ion này sẽ được định hướng bay tới các cửa sổ khác nhau ứng với khối lượng của mẫu đồng vị, trên cơ sở các số liệu ghi nhận về lượng đồng vị carbon sẽ đo được hàm lượng 14C trong mẫu Luận văn thạc sỹ... được sự thăng giáng của hàm lượng 14C trong sinh quyển Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường 1.2 Các phương pháp đo đồng vị phóng xạ Hiện nay có ba kỹ thuật xác định hàm lượng đồng vị carbon phóng xạ ( 14C) chủ yếu, đó là kỹ thuật đo bằng ống đếm chứa khí (GPC – Gas Prportional Counting), kỹ thuật đo bằng detector nhấp nháy lỏng (LSC – Liquid Scintillation Counting) và kỹ thuật đo bằng phổ kế gia tốc... H3PO4 các hợp chất carbonat trong mẫu bị phân hủy và giải phóng ra khí CO2 theo phương trình (2.2) Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hường - Ta mở nút Magenetic strirrer speed để điều chỉnh tốc độ khuấy hỗn hợp trộn axit Khí CO2 sẽ theo đường dẫn khí vào hệ thống TASK BENZEN SYNTHESIZE và được giữ lại trên các bẫy nitơ lỏng trong hệ thống Hình 2.8 Bẫy nitơ lỏng và hệ thống lắp đặt các bẫy nitơ lỏng - Sau một... các bọt khí CO2 thì kết thúc quá trình gây phản ứng tạo khí CO2 và chuyển sang các bước sau - Bước tiếp theo là từ từ tháo bỏ các tecmot chứa nitơ lỏng ra khỏi hệ thống, khi đó lượng khí CO2 đã hóa rắn trong ống bẫy sẽ chuyển thành dạng hơi và bay lên Khi đó cần mở van thông và khí CO2 sẽ được dẫn thông qua bình chứa phía sau hệ thống máy - Theo dõi chỉ số của đồng hồ áp suất trên hệ thống và khi nó... sớm nhất được Crookes phát hiện ra vào 1903 và sử dụng để xác định các hạt Sự phát minh ra các ống đếm chứa khí sau đó làm cho các thiết bị nhấp nháy ít được sử dụng và bị rơi vào quên lãng cho đến năm 1944 Curran và Baker sử dụng ống nhân quang điện để thay sự quan sát bằng mắt thì các thiết bị nhấp nháy đã trở nên có hiệu quả và tin cậy giống như các ống đếm chứa khí Các detector sử dụng chất nhấp... chất hữu cơ dạng khí mêtan (CH4) Sau đó, khí này sẽ được nạp vào ống đếm có trường điện thế cao (khoảng vài kV) để xác định hoạt độ phóng xạ bêta từ đồng vị 14C phát ra theo nguyên tắc của ống đếm tỷ lệ Ưu điểm của phương pháp là có khả năng xác định trực tiếp hoạt độ phóng xạ 14C và dễ sử dụng Nhược điểm là hiệu suất ghi thấp, nhiễu phép đo lớn, rất cồng kềnh và độ ổn định không cao, để chống nhiễu... họa dụng cụ giã và rây mẫu thành bột mịn - Sau đó cho bột mẫu vào bình đựng hình cầu trong hệ thống chưng cất theo phương pháp axit hóa - Đổ bột vào bình chưng cất, sau đó cho nước vào - Sử dụng bơm chân không hút hết khí trong bình, sau đó lắp đặt các bẫy nitơ lỏng để thu hồi khí CO2 Mục đích của việc lắp các bẫy nitơ lỏng là nhằm làm hóa rắn khí CO2 thoát ra trong quá trình axit hóa, và sau đó sử dụng... Tri-carb 2770TR/SL tại phòng thí nghiệm và xác định niên đại thuộc Viện khảo cổ - Viện Khoa học Xã hội Việt Nam do hãng Canberra chế tạo Hệ đo thuộc dòng nhấp nháy lỏng siêu sạch, phông thấp, có độ ổn định cao Thiết bị đã kết hợp phương pháp giảm phông chủ động và bị động Ngoài việc xác định hoạt độ phóng xạ của 14 C, 3H, Tri-carb 2770TR/SL còn có thể xác định đồng thời hoạt độ phóng xạ alpha/bêta tổng ... 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... NGUYỄN THỊ HƢỜNG ĐỒNG VỊ 14C VÀ BIẾN ĐỘNG CỦA KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao Mã số 60 44 05 : LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN... 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 14