KVARTÄÄRISTRATIGRAFIA

1. KVARTÄÄRISTRATIGRAFIA luennot ma ja ti klo 14 – 18 GO 101 prof. Lunkka

2. PERUSKÄSITTEITÄ • stratigrafia on kivi- ja sedimenttikerroksia käsittelevä geologian haara • stratigrafiassa tutkitaan geologisten kerrostumien järjestystä ja tapahtumien ikäsuhteita • ajallinen korrelaatio on saman ikäisten mutta eri paikkaan kerrostuneiden kerrostumien tai tapahtumien rinnastamista

3. PERUSKÄSITTEITÄ • LITOSTRATIGRAFIA – kivien ja sedimenttien jako niiden fysikaalisten ominaisuuksien mukaan • BIOSTRATIGRAFIA – geologisten kerrostumien jako niiden fossiilisisällön mukaan • KRONOSTRATIGRAFIA – geologisten kerrostumien jako yksiköihin kerrostumien ikäsuhteiden perusteella

4. LITOSTRATIGRAFIA • perusyksikkö on kerros (Bed) (peinempi yksikkö lamina) • stratigrafiassa käytetään myös yleistermiä yksikkö (sedimentary unit), mikä vastaa formaalisempaa termiä kerros (Bed) • muodostuma (Formation) on fyysisesti esiintyvä litologinen yksikkö, josta pystytään: 1) määrittämään yksikön ala- ja yläkontakti 2) osoittamaan tyyppileikkaus korrelaatiota varten 3) muodostuma on stratigrafisesti jatkuva muodostuman pohjasta sen pintaosiin 4) muodostuma on lateraalisesti jatkuva • jokaisella muodostumalla on formaalinen nimi, jossa voi esiintyä kivilajin nimi (esim. Solnhofen Limestone)

5. LITOSTRATIGRAFIA • Muodostuma (FORMATION) voi koostua useista jäsenistä (MEMBER) • useat stratigrafisesti jatkuvat muodostumat voidaan nimetä ryhmäksi (GROUP) • joissain tapauksissa ryhmät voidaan yhdistää ns. superryhmiksi (SUPERGROUP).

6. BIOSTRATIGRAFIA • biostratigrafian avulla geologiset kerrostumat järjestetään systemaattisesti niiden fossiilisisällön perusteella • geologiset kerrostumat voidaan rinnastaa maailmanlaajuisesti biostratigrafian avulla • kun indeksifossiileja alettiin tuntea, voitiin luoda geologisten kerrosten maailmanlaajuinen korrelaatio (FAD) • luotiin maapallon historian geologinen jaotus

7. BIOSTRATIGRAFIA • biozone = yleistermi kaikille biostratigrafisille yksiköille • assemblage (koostumus) biozone: biozooneja luonnehtii luonnollinen koostumus lajistoa eli lajisto ja niiden runsaussuhteet vastaavat vallitsevia olosuhteita • total range (koko sarja) biozone = ryhmä kerroksia, joihin sisältyy jonkin fossiilin tai fossiiliryhmän stratigrafinen ja maantieteellinen esiintymisalue kokonaisuudessaan • partial range (osittaissarja) biozone = stratigrafinen intervalli, joka muodostuu siitä osasta jonkin fossiilin esiintymisaluetta, joka on jonkin toisen fossiilin esiintytmisen jälkeen ja ennen jonkin kolmannen fossiilin ilmestymistä • acme (huippu) biozone = ryhmä kerroksia, joita luonnehtii jonkin lajin runsas esiintyminen tai kehitys riippumatta muista muodoista • current range (samanaikaissarja) biozone = zoonin määrittää useiden lajien yhteisesiintyminen • consecutive range (perättäissarja) biozone = zoonin rajat määräytyvät lajimuutostapahtumien perusteella lajikehityksessä

8. KRONOSTRATIGRAFIA / GEOKRONOLOGIA • kronostratigrafia merkitsee geologisten kerrostumien ikäsuhteiden määritystä • kronostrtigrafisella yksiköllä on vastaava geokronologinen yksikkö (geologisen ajan edustama väliaika) • geokronologinen yksikkö on geologisen ajan yksikkö, kun taas stratigrafiset yksiköt ovat käsin kosketeltavia (sedimenttejä) • kronostratigrafisia yksiköitä voidaan verrata hiekkaan, joka valuu tiimalasissa, kun taas vastaava geokronologinen yksikkö on hiekan valumiseen kulunut aika

9. GEOKRONOLOGIA KRONOSTRATIGRAFIA Eon = eoni Eonothem = eonoteemi Era = maailmankausi Erathem = erateemi Period = kausi (periodi) System = systeemi Epoch = epookki Series = sarja Age = ikä (aika) Stage = vaihe Subage = alaikä (ala-aika) Substage = välivaihe Chron = krooni Chronozone = vyöhyke

10. MUITA STRATIGRAFIOITA • magnetostratigrafia • seisminen stratigrafia • kemiallinen stratigrafia • event stratigrafia • syklostratigrafia • sekvenssistratigrafia • allostratigrafia • tektoninen stratigrafia • klimatostratigrafia

11. Kvartäärin asema? • Erateemi (Erathem) / Maailmankausi (Era) = kenotsooi (Cenozoic) • Systeemi (system) ja alasysteemi (subsystem) / kausi (period) ja alakausi (subperiod) = kvartääri (Quaternary) • Sarjat (Series) / epookit (epoch) = Pleistoseeni ja Holoseeni

13. JÄÄKAUSITEORIA • James Hutton (1795) – Jura vuoristossa esiintyvät siirtolohkareet ovat jäätiköiden niiden esiintymispaikoille kuljettamia • Venetz (1829) – suurin osa Eurooppaa oli ollut jäätiköiden peitossa • Agassiz (1847) osoitti, että P-Eurooppa ja Alppien alue olivat olleet eri jäämassojen peittämiä

14. ALPPIEN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • Penck & Brückner (1909) – joskus menneisyydessä jäätikkö on levinnyt Alpeilta ja kerrostanut laaksoihin päätemoreeneja, joiden edustalle on syntynyt jäätikön sulavesien kerrostamia sorakerrostumia • jäätikön sulettua alueelta joet ovat kuluttaneet soratasanteita ja jäljelle on jäänyt terasseja (schotter) • päätemoreenien ja terassien perusteella Penck & Brückner tulkitsivat, että Alppien alueella on esiintynyt neljä eri jäätiköitymisvaihetta ja niiden väliset interglasiaalivaiheet • Alppien jäätiköitymisvaiheet vanhimmasta nuorimpaan nimetty alueen jokien mukaan: Günz, Mindel, Riss ja Würm

15. ALPPIEN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • Eberl (1930) jakoi P & B:n (1909) jäätiköitymisvaiheita alavaiheiksi (sub-stages) ja tulkitsi löytäneensä Günz vaihetta varhaisemman Donau jäätiköitymisvaiheen • Schaefer (1953) erotti vielä Donau vaihetta varhaisemman Biber jäätiköitymisvaiheen • Schaefer osoitti, että eroosiovaiheet terassien synnyssä liittyvät todennäköisimmin glasiaalivaiheisiin, ei interglasiaalivaiheisiin

16. ALPPIEN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • Penck & Brücknerin mallin todistusaineistona on pääosin glasigeeniset (jäätikkösyntyiset) sedimentit • nyt tiedetään, että interglasiaalisedimentit ovat tärkeitä jäätiköitymismallien todistusaineistona, päätemoreenit ja sulavesien sora - ja hiekkamuodostumat edustavat nopeita tapahtumia, osa sorakerrostumista on syntynyt myös interglasiaalien aikana

17. ALPPIEN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • Frenzel (1973) keräsi Alppien jäätiköitymistä käsittelevän aineiston ja pyrki esittämään synteesin, ja yritti rinnastaa Alppien stratigrafian Pohjois-Euroopan kvartääristratigrafiaan • uudempi tutkimus on hyödyntänyt morfostratigrafian lisäksi lito-, bio- ja magnetostratigrafisia tuloksia • Sambergin kairauksista saadut tulokset edustavat Würm jäätiköitymisen stratotyyppiä, jossa Mindel moreeni luultavasti vastaa Länsi-Euroopan Elster jäätiköitymisvaihetta

18. P-EUROOPAN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • P-Saksan kvartääristratigrafinen jako esitettiin 1800-luvun lopulla • kolme jäätiköitymisvaihetta vanhimmnasta nuorimpaan: Elster, Saale, Veiksel • kun Alpeilta löytyi useampi vaihe, Saale jäätiköityminen jaettiin Drenthe ja Warthe vaiheisiin (Woldstedt 1927, 1958) • tämä jako perustuu moreenien sekä aineksen että päätemoreenien levinneisyyksiin ja moreenien välisiin interglasiaalikerroksiin

19. P-Euroopan jäätiköitymismalli • klassinen glasiaali / interglasiaalijako vanhimmasta nuorimpaan (MENAP) • CROMER kompleksi • ELSTER kylmä vaihe (glasiaali) • HOLSTEIN lämmin vaihe (interglasiaali) • SAALE kylmä vaihe (glasiaali) (Drente ja Warthe) • EEM lämmin vaihe (interglasiaali) • VEIKSEL kylmä vaihe (glasiaali)

20. MENAP • P-Saksassa ja Hollannissa Hattem Beds (Skandinaavisia kiviä Ruotsista ja Suomesta) Elster kerrostumien alla

21. CROMER VAIHE • Cromer Forest bed Formation on kuvattu alunperin Englannin Itä-Anglian rannikolta • Eri kerrostumia muualta Euroopasta on yritetty korreloida Cromer kompleksiin • Cromer ei edusta yhtä interglasiaalia vaan useita lämpimiä vaiheita, joita erottaa kylmät vaiheet • Hollannissa Cromer vaiheen kerrostumia • Cromer vaiheen ikäisiä kerrostumia ei ole löydetty Fennoskandiasta mutta esim. Tanskan Harreskovin kerrostuma voidaan korreloida Cromer kompleksiin, samoin

22. Cromer Forest Bed

23. Donner 1995

24. ELSTER KYLMÄ VAIHE • Skandinavian mannerjää ulottui Manner-Euroopan pohjoisosiin • moreenia ja glasigeenisia kerrostumia esiintyy mm. esimerkiksi Pohjois-Saksassa • merkkihorisontteja mm. Lauenburg Clay (Luoteis-Saksa) ja Peelo Formation (Hollanti)

25. HOLSTEIN INTERGLASIAALI • Holsteinin merellisiä kerrostumia Hollannissa, P-Saksassa, Itämeren ja Pohjanmeren rannnikkoalueilla, myös terrestrisiä kerrostumia monilla alueilla • Holsteinille tyypillinen kasvillisuussukkessio – kuusen aikainen ilmestyminen interglasiaalin alussa, Abieksen (pihta) esiintyminen intergalsiaalin loppupuolella, Pterocarya viimeinen esiintyminen kvartäärissä, lämpöä indikoivia lajeja esim. Vitis silvestris, Buxus sempervirens, Azolla filiculoides

26. SAALE KYLMÄ VAIHE • Saale glasiaali katsotaan jakautuneen kahteen vaiheeseen eli Drente (laajempi jäätikkö) ja Warthe (välissä lämpimämpi vaihe ns. Treene vaihe – ei interglasiaali) • Saalen kerrostumia (päätemoreeneita) P-Saksassa ja Itä-Euroopassa, myös Suomessa on todennäköisesti Saale vaiheeseen liittyviä glasigeenisiä sedimenttejä

27. EEM INTERGLASIAALI • tyyppileikkaus Hollannissa Eem joen alue, jossa interglasiaali on kuvattu • Eem kerrostumia yleisesti P-Euroopassa • merelliset kerrostumat osittavat, että Eem vaiheen aikana merivesi oli lämpimämpää kuin nykyisin ja eustaattisesti korkeammalla tasolla • Eemin kasvillisuushistoria hyvin tunnettu ja voidaan erottaa Holsteinin kasvillisuudesta esim. kuusen myöhäisen tulon ja pihdan (Abies) vähäisyyden vuoksi

28. VEIKSEL KYLMÄ VAIHE • suuret päätemoreenit Brandenburg, Frankfurt ja Pommer hyvin säilyneitä • Hollannissa ja muuallakin jäätikön reunan ulkopuolella kerrostui lössejä ja peitehiekkoja (cover sand) • veikselin insterstadiaalivaiheiden aikana syntyi erilaisia maannoksia

29. Brittein Saarten jäätiköitymismalli • Jako vanhimmasta nuorimpaan • CROMER FOREST BED • ANGLIAN JÄÄTIKÖITYMISVAIHEVAIHE • HOXNIAN INTERGLASIAALIVAIHE • WOLSTONIAN JÄÄTIKÖITYMISVAIHE • IPSHWICHIAN INTERGLASIAALIVAIHE • DEVENSIAN JÄÄTIKÖITYMISVAIHE • FLANDERIN INTERGLASIAALIVAIHE

30. CROMER VAIHE • Cromer Forest Bed-sarjaan kuuluu kolme erillistä vaihetta: Pastonian (lämmin) – Beestonian (kylmä) – Cromerian (lämmin eli interglasiaali)

31. ANGLIAN KYLMÄ VAIHE • kylmä galsiaalivaihe, jolloin jäätikkö levisi laajimmilleen Brittein Saarilla • tyyppileikkaus Cortonissa (Corton Cliffs), jossa kuvattu Cromer Till ja Lowestoft Till moreeniyksiköt • maaleikkaukset Cromerin kaupungin ja Happisburgin välillä osoittavat, että Anglia - vaiheen aikana on kerrostunut seuraava sedimentisarja: First Cromer Till, Happisburgh Clays, Second Cromer Till, Mundesley Sands, Third Cromer Till, Maycroft Sands ja Marly Drift (= Lowestoft Till)

32. HOXNIAN LÄMMIN VAIHE • stratotyyppi Hoxnessa Suffolkissa, jossa Lowestoft Till moreenin päällä lakustrinen intergalsiaalikerrostuma • koko Hoxne vaiheen kasvillisuussukkessio tunnetaan Essexin Marks Teyssä, jossa lustojen perusteella intergalsiaalin pituudeksi on arvioitu 20 – 25 ka • myös Norfolkin rannikolta läheltä Cromerin kaupunkia on löytynyt Hoxne vaiheeseen tulkittuja interglasiaalikerroksia Anglian glasiaali- kerrostumien päältä

33. WOLSTONIAN KYLMÄ VAIHE • stratotyyppialue Wolston Keski-Englannissa • Wolstonian kylmän vaiheen sedimenttien levinneisyys pienempi kuin Anglia - vaiheen sedimenttien levinneisyys • tarkkaa levinneisyyttä ei tiedetä mutta osa glasiaalisedimenteistä on pystytty stratigrafisin perustein liittämään Saalea vastaavaan Wolstonian kylmään vaiheeseen

34. IPSWICHIAN LÄMMIN VAIHE • stratotyyppi Bobbitshole Ipswichin lähellä • tyyppipaikan perusteella erotettu Hoxnian interglasiaalista, myös siitepölysukkessio (koko intergalsiaalisarja Norfolkista) erilainen kuin Hoxne interglasiaalissa

35. DEVENSIAN KYLMÄ VAIHE • Shotton (1967) osoitti Four Ashes:tä Wolverhamptonin lähellä, että Devensian jäätiköityminen ulottui alueelle vasta jäätiköitymisen loppuvaiheessa • Devensian jäätikön luonteesta ei ole tarkkaa kuvaa mutta luultavimmin varhais- ja keski Devensian vaiheessa Brittein Saarilla vallitsi periglasiaalinen ja interstadiaalinen ilmasto • myöhäis-Devensin vaiheessa ns. Loch Lomond eteneminen n. 11 ka sitten

36. P-AMERIKAN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • Atlantilta Tyynelle valtamerelle ja etelässä Suurten järvien etelä- ja länsipuolelle • kolme pääjäätiköitymiskeskusta: Kordillieerit, Keewatian alue, Labradorin alue • jäätikkömalli perustuu litostratigrafiaan, morfostratigrafiaan ja paleomaannoksiin

37. P-AMERIKAN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • Nebraskan jäätiköitymisvaihe • Aftonian interglasiaalivaihe • Kansasin jäätiköitymisvaihe (glasiaali) • Yarmouth interglasiaalivaihe • Illinoian jäätiköitymisvaihe • Sangamon interglasiaalivaihe • Wisconsinin jäätiköitymisvaihe

38. LUOTEIS-VENÄJÄN JÄÄTIKÖITYMISMALLI • Oka jäätiköitymisvaihe (vanhin) • Likhvin interglasiaalivaihe • Dniepr jäätiköitymisvaihe • Odintsovo interglasiaalivaihe • Moskova jäätiköitymisvaihe • Mikulino interglasiaalivaihe • Valdai jäätiköitymisvaihe (nuorin)

39. AJOITUSMENETELMÄT • kvartäärikautisten sedimenttien ajoitukseen käytetään useita geokronologisia menetelmiä • radiometriset menetelmät – absoluuttinen ikä • aikaväliä mittaavat menetelmät – kelluva kronologia • isokroonisuutta ilmaisevat menetelmät – määrittää samanikäisiä horisontteja • kemialliseen hajoamiseen perustuvat suhteelliset menetelmät

40. AJOITUSMENETELMÄT Lowe and Walker 1997

41. RADIOISOTOOPIT • tärkeimmät geologiset ajoitusmenetelmät perustuvat radioisotooppien ja radioaktiivisen hajoamisen seurauksena syntyvien isotooppien suhteellisen osuuden määrittämiseen • radioaktiivisilla isotoopeilla kolme hajoamistapaa a) alfa (α) partikkelin emisssio – (α-partikkeli = 2 n + 2p+). Atomista syntyy järjestysluvultaan alemman alkuaineen isotooppi esim. 234U → 230Th + α b) beta (β) emissio – neutroni emittoi β-partikkelin ja siitä tulee protoni. Atomista syntyy järjestysluvultaan korkeamman alkuaineen isotooppi esim. 14C → 14N + β c) elektronin riisto - protoni (p+) riistää (e- ) ja siitä tulee neutroni (n) ja emittoituu gamma (γ) fotoni. Atomista syntyy järjestysluvultaan alemman alkuaineen isotooppi esim. 40K → 40Ar + γ

42. RADIOMETRISTEN AJOITUSTEN PERIAATE • kaikilla radioaktiivisilla isotoopeilla on hajoamisvakio (decay constant, λ), joka on kääntäen verrannollinen keskimääräiseen hajoamisikään (mean lifetime, τ) eli λ = 1/ τ • nopeus, jolla radioaktiiviset atomit hajoavat: dn/dt = -n/τ (1*) [radioaktiivisten atomien lukumäärä (n) kunakin ajankohtana (t)] kun tämä yhtälö integroidaan saadaan radioaktiivisten atomien määrä tietyllä hetkellä t n = N exp(-t / τ) (2*) (N = alkuperäisten radioaktiivisten atomien määrä hetkellä t = 0) • aikaa, jona tarkasteltavien radioisotooppien määrä puolittuu kutsutaan puoliintumisajaksi (half-life) ja se on T = τ / 1,443 • yhtälöä (2*) voidaan muokata muotoon t = -τ [log (n / N) ] = - τ [log (n / (n+d))] (3*) d = hajoamisen tuloksena syntyneet isotoopit • näytteen ikä voidaan määrittää jos tiedetään ajoitettavan radioaktiivisen aineen puoliintumisaika jos näytteessä olevien radioaktiivisten atomien lukumäärä (n) voidaan mitata ja N tiedetään • jos N ei ole tiedossa se voidaan saada määrittämällä jäljellä olevien radioaktiivisten atomien lukumäärä (n) ja hajoamisen tuloksena syntyneiden isotooppien määrä (d)

43. K-Ar/Ar-Ar ajoitus • 40K on radioaktiivinen ja sitä on 0,01167% kaliumista (muut kalium isotoopit ovat 39 ja 41) • 40K hajoaa 40Ca:ksi beta (β) emissiossa ja 11% 40K hajoaa 40Ar:ksi elektronin riistossa • puoliintumisaika elektronin riistossa 1,19 x 1010 vuotta • radiogeeninen argon (40Ar) lisääntyy näytteessä ajan myötä • kalsium on yleinen mineraaleissa, joten sitä ei voida käyttää ajoituksessa • K-Ar ajoituksessa määritetään 40K konsentraatio totaali kaliumista, Ar isotoopit mitataan kuumentamalla massaspektrometrisesti • Ar isotoopin 40 erotus mahdollisesti näytteeseen joutuneesta ilmakehän argonista tehdään vertaamalla näytteestä saatua 40Ar / 36Ar suhdetta ilmakehässä vallitsevaan 40Ar / 36Ar suhteeseen (= 295,5) • Ar-Ar menetelmässä kaliumin määrä mitataan epäsuorasti säteilyttämällä näytettä neutroneilla 39K → 39Ar ja mittaamalla kokonaisargonin määrä massaspektrometrisesti • ajoituksessa tarvittavan 40Ar määrä saadaan 39Ar määrästä säteilyttämällä standardinäyte, jolla kalibroidaan 39K → 39Ar reaktio ja kertomalla se 40K / 39K • menetelmä on tärkeä kvartääristratigrafiassa – paleomagneettisten vaihettumisten ajoitus (normaali / päinvastainen magneettikenttä), tuffien ja tefrojen ajoitus (varhais pleistoseeni)

44. RADIOHIILIAJOITUS • hiilellä (C) on kaksi pysyvää isotooppia 12C ja 13C • kosminen säteily yläilmakehässä tuottaa vapaita neutroneja, jotka törmäävät muihin atomeihin ja molekyyleihin • törmäykset typpeen (N) muuttavat typpiatomin radioaktiiviseksi hiileksi (14C ), jonka konsentraatio verrattuna 12C on 10-12 • radiohiili hapettuu hiilidioksidiksi, sekoittuu ilmakehään, absorboituu vesistöihin ja eläviin organismeihin • kasvien ja eläinten eläessä radiohiili on tasapainossa ilmakehässä olevan radiohiilen kanssa • kasvien ja eläinten kuoltua radiohiili ei ole enää tasapainossa ilmakehän radiohiilipitoisuuden kanssa vaan alkaa hajota vakionopeudella • 14C hajoaa β emission kautta typeksi (14N), puoliintumisaika 5730 vuotta • mittaamalla radiohiilen (14C) määrää fossiilisesta kasvi- tai eläinnäytteestä on mahdollista määrittää näytteen ikä kun tunnetaan puoliintumisaika • kymmenen puoliintumisajan jälkeen n. tuhannesosa alkuperäisestä radioaktiivisuudesta on jäljellä (menetelmän teoreettinen raja) • käytännössä alle 40 000 v olevat iät ovat suhteellisen luotettavia • radiohiiliajoitukseen soveltuvia aineita ovat mm. puu, hiili, turve, lieju, nilviäisten ja foraminiferojen kuoret ja luu

45. C-14 AJOITUKSEN VIRHELÄHTEITÄ • kaksi systemaattista virhelähdettä: 1) näytteen alkuperäistä radiohiilen määrää ei tiedetä, 2) ylimääräistä hiiltä on joutunut näytteeseen myöhemmin (ei suljettu systeemi) • 14C / 12C suhde ei ole säilynyt vakiona vaan on vaihdellut kosmisen säteilyn intensiteetin mukaan (radiohiiltä syntyy enemmän kun maan magneettikenttä on heikompi) • hiilidioksidin sekoittuminen ilmakehän ja valtamerien välillä on vaihdellut, joten syvän- meren näytteissä voi esiintyä radiohiilen vajausta • 14C / 12C suhde voi muuttua esim. vanhan kalkkikiven liuettua ja myöhemmin jouduttua organismiin (hard water effect)

46. URAANISARJOJEN AJOITUSMENETELMÄT • 238U ja 235U hajoavat lyhytikäisten välituotteiden kautta lyijyksi (Pb) • uraani isotoopit hajoavat tytärisotoopeiksi alfa tai beta säteilyllä ja suurimmalla osalla on lyhyt puoliintumisaika, joten niitä ei voi käyttää kvartäärin ajoituksissa • 234U:n hajoaminen 230Th voidaan kuitenkin käyttää kvartäärin ajoituksissa, puoliintumisaika 250 000 v • uraani ja sen rapautumistuotteet ovat liukenevia ja pysyvät liuoksessa kun taas uraanisarjan tuotteet (esim. 230Th ja 231Pa) absorboituvat ja saostuvat helposti • esim. nilviäiset, korallit ja luolien kalkkikivisaostumat saostavat kalkkikuorensa merivedestä ja saavat kuoreensa uraania mutta vain vähän tai ei lainkaan toriumia (230Th) ja protaktiniumia (231Pa) • merellisiä kerrostumia ja kalkkikiviä voidaan ajoittaa määrittämällä uraanin hajoamisen tuloksena syntyneiden tytärisotooppien määrä • edellytyksenä on suljettu systeemi (uraania ei tule ulkoapäin systeemiin eikä systeemistä liukene uraania) • uraanisarjan ajoituksia on käytetty menestyksellisesti eustaattisen merenpinnan vaihteluja tutkittaessa mutta ajoituksia on tehty myös nilviäisten kuorista, kalsiittijuonista, turpeista ja luolasaostumista

47. LUMINESENSSIAJOITUS • mineraaleissa elektronit ovat sitoutuneet mineraalihilaan mutta alfa (α), beta (β) ja gamma (γ) säteily saavat useissa mineraaleissa osan elektroneista siirtymään hilassa oleviin elektroniloukkuihin • loukussa olevien elektronien määrä on verrannollinen mineraalikiteen saamaan säteilyannokseen ja loukussa olevia elektroneja voidaan vapauttaa lämmittämällä, jolloin voidaan havaita näkyvää valoa • loukuissa olevien elektronien määrä kasvaa ajan funktiona • mineraalin ikä voidaan laskea, jos loukkuihin alunperin sitoutuneiden elektronien määrä ja niiden määrä tietyn ajanjakson kuluttua voidaan laskea ja mikäli tiedetään se nopeus, millä elektronit joutuvat loukkuihin • termoluminesenssi (TL) - ja optinen (OSL) luminesenssiajoitus perustuu loukkuun jäävien elektronien hyväksikäyttöön ajoituksessa • luminesenssiajoitukset ovat yleistyneet ja yleistyvät kvartääritutkimuksessa kovaa vauhtia ja niillä on periaatteessa mahdollista ajoittaa sopivia klastisia sedimenttejä • ajoitukseen soveltuvia mineraaleja ovat kvartsi ja maasälpä, TL soveltuu hyvin myös arkeologisiin näytteisiin (poltetut astiat)

48. LUMINESENSSIAJOITUS • elektroniloukut voidaan tyhjentää kuumentamalla (TL menetelmä) • esim. keramiikkaesineet, tulisijat ja valumuotit • ajoituksessa kaksi tehtävää: TL signaalin avulla mitattava näytteestä erotettujen kvartsirakeiden vastaanottama säteilyn kokonaisannos, sitten on määritettävä ympäristön aiheuttama säteilyannos • arkeologisen aineisto lisäksi TL menetelmää on käytetty mineraalimaalajien ajoitukseen (ajoitettu kalimaasälpää) edellytyksenä, että näyte on nollautunut (saanut valoa) kerrostumista ennen

49. LUMINESENSSIAJOITUS • optisesti stimuloitua luminesenssiajoitusta (OSL) voidaan käyttää mineraalimaalajien ajoitukseen • OSL materiaalina käytetään nykyään kvartsia • kvartsirakeen infrapunasäteilyllä stimuloidun luminesenssin otaksutaan vastaavan auringon valoa ja säteilyä kohdistetaan näytteeseen vain niin kauan, että valolle herkin osa elektroniloukuista tyhjenee • näytemateriaalin tulee olla saanut auringon valoa kerrostumishetkellä

50. ESR • ESR menetelmässä mitataan näytteen elektroniloukkuihin säteilyn vaikutuksesta joutuneiden vapaiden elektronien määrää • ESR ajoitus eroaa TL ja OSL menetelmästä siinä, että loukkuun jääneiden elektronien määrä mitataan suoraan, eikä loisteilmiöiden välityksellä • ESR menetelmää voidaan käyttää karbonaattipitoisiin sedimentteihin ja fossiileihin • voidaan saada periaatteessa yli 300 000 v. vanhoja ikiä