Применение метода моделирования по типу Монте-Карло для оценки погрешностей 210Pb-датирования торфяных отложений европейской субарктики России (на примере Архангельской области)

Приблизительно 3 % площади Земли покрыто торфяниками, которые содержат в себе значительные запасы углерода, накопленного в течение длительного периода времени [27]. В торфяниках Северного полушария содержится около 450 млрд т углерода, что составляет 30 % от общего запаса углерода в почве [33]. Торфяные болота крайне чувствительны к изменению климата и играют важную роль в глобальном потепле- нии из-за увеличения скорости выброса парниковых газов CO2 и N2O [49].

В Российской Федерации сосредоточено от 40 до 60 % мировых ресурсов торфа, при этом в северных областях европейской части России разведано наибольшее количество запасов, оцененных в 6.9 млрд т (36.2 % от запасов России) [5, 7, 8].

В пределах северных территорий, относящихся к поясу интенсивного торфонакопления, основ-

ными биогеоценозами являются торфяно-болотные экосистемы [10]. Основным типом болот здесь являются верховые (омбротрофные) болота, доминирующим источником питания которых являются аэрозоли, воздушная пыль и атмосферные осадки [54]. Это приводит к формированию чрезвычайно бедной питательными веществами среды, на которой преобладают мхи (сфагнумы). Торфяники представляют собой «архив» атмосферных загрязнителей с ведущей ролью радиоактивных элементов, поскольку арктические территории с начала атомной эры подверглись существенному радиационному воздействию [6, 19, 22, 23, 28, 31, 32, 48, 50].

Сфагновые растения болот поглощают и удерживают значительное количество радионуклидов, поступивших из радиоактивного осадка [24, 33, 34]. Изучение их активности в торфяниках имеет важное значение не только с точки зрения оценки воздействия ионизирующего излучения на биоту, но и для решения ряда практических задач геохимии [21].

Радиоактивные изотопы, находящиеся в торфяных отложениях, могут предоставить ценную информацию о последних региональных изменениях климатических условий и загрязняющих нагрузок [17, 18, 26, 40, 44, 47]. Такие данные могут быть получены в результате абсолютного датирования торфяных отложений. Точная датировка этого типа осадков будет полезна для понимания динамики условий окружающей среды в прошлом, так как торф является эффективным показателем многих факторов окружающей среды в масштабах десятилетий и столетий [44].

Широкое применение при датировке современных осадков (в том числе торфа до 150 лет) находит метод датирования по избыточному свинцу-210 [12, 14, 33, 35, 37]. Экспериментальными исследованиями [53] было показано, что ~95 % свинца удерживается в торфяных отложениях, несмотря на изменение окислительно-восстановительных условий и колебания уровня воды. Поэтому 210Pb-датирование является наиболее надежной и точной методикой определения возраста и скорости накопления торфа [13, 33].

В геохронологии наряду с точным измерением радиоактивных изотопов в изучаемом объекте важнейшее значение имеет оценка неопределённости датирования, напрямую влияющая на результаты расчета абсолютного возраста [45]. Существует множество методов ее оценки [20, 45, 51].

Метод моделирования Монте-Карло имеет широкое применение в геохронологии при радиоуглеродном, уран-ториевом и 210Pb-датировании [15, 25, 41]. Целью данного исследования являлась проверка его эффективности для оценки погрешностей 210Pb-датирования торфяных отложений в торфяно-болотных экосистемах в пределах Европейской Субарктики России (на примере Архангельской области). Для достижения цели были реализованы следующие задачи: отбор торфяных профилей в различных районах вышеуказанной области (включая отбор проб растений, являющихся типичными для торфяно-болотных экосистем); определение содержания радиоактивного изотопа 210Pb в растениях и по разрезу торфяных отложений; изучение и применение модели неопределённости Монте-Карло для двух торфяных профилей; определение скоростей современного торфонакопления на основе 210Pb-датирования.

Материал

Отбор торфяных колонок проводился в пределах двух районов Архангельской области. Первая торфяная колонка TB-1 была отобрана на севере области, в Мезенском районе (Черноозерская площадь, N 65.64409° E 41.35796°), вторая колонка Td-1 была отобрана в Приморском районе рядом с посёлком Рикасиха, расположенным ~30 км западнее Архангельска и ~20 км юго-восточнее Северодвинска (N 64.51892° E 40.06229°).

Районы исследований относятся к бассейну Белого моря. В геоморфологическом отношении территория представлена водно-ледниковым аккумулятивным типом рельефа с озерно-ледниковыми равнинами [30]. Современный рельеф данных территорий формировался на протяжении нескольких эпох четвертичного оледенения, последнее из которых окончилось около 11.7 тыс. лет назад [52]. Торфообразование началось сразу после исчезновения льда [4]. Климат — переходный от умеренно-морского к субарктическому [16]. Основным компонентом исследуемых залежей торфа является сфагновый мох. Типичная толщина торфяных залежей в Архангельской области находится в интервале от 2.2 до 6.5 м (среднее значение составляет 4.0 м) [1]. Описание растительных сообществ в районах отбора торфяных разрезов приведено в виде ярусной структуры [3, 9, 11].

Район отбора профиля TB-1. В верхнем ярусе (древостой) встречаются преимущественно хвойные: Pinus sylvestris (низкая, угнетённая) и Picea abies ; в этом же ярусе низкорослые деревья (подлесок) — Betula pubescens . В среднем ярусе (травяно-кустарничковый) — кустарники: Vaccinium vitis-idaea L. , Rubus chamaemorus L., Betula nana L ., Empetrum nigrum L. , Andromeda polifolia L. , Sorbus aucuparia — и травы: Lycopodium annotinum L. , Eriophorum vaginatum , Baeothryon cespitosum (L.) A. Dietr , Carex limosa L., Drosera rotundifolia L ., Carex pauciflora Lightf. В нижнем ярусе (мохово-лишайниковый) — мхи: Sphagnum girgensohnii и Polytr^chum commune , Sphagnum annula-tum H. Lindb. ex Warnst , Pleurozium schreberi ; лишайники: Hypogymnia physodes (L.) Nyl., Usnea dasypoda (Ach.) Rohl. emend. Mot . На грядах и вершинах данного болотного массива развиваются сосново-кустарничково-сфагновые сообщества, в мочажинах — пущицево-сфагновые.

Район отбора профиля Td-1. В верхнем ярусе (древостой) встречается Pinus sylvestris, низкая для своего возраста, с искривленным стволом. В среднем ярусе — кустарники: Andromeda polifolia L. , Calluna vulgaris (L.) Hull , Chamaedaphne calyculata (L.)Moenh. , Empetrum nigrum L. — и травы: Baeothryon cespitosum (L.) A. Dietr , Carex limosa L. В нижнем ярусе — мхи: Sphagnum lind-bergii и Sphagnum capillifolium . На грядах и вершинах данного болотного массива развиваются сосново-вересково-сфагновые сообщества, в мочажинах — осоково-сфагновые.

Керны торфяников ТВ-1 и Td-1 отбирали с помощью ПВХ-труб большого диаметра с площадью поперечного сечения ~625 см². После доставки в лабораторию торфяные керны был разделены на срезы по 2—6 см. Керны были высушены в сушильном шкафу SNOL 24/200 при температуре 105 °С до воздушно-сухого состояния. Поверхностная растительность была 19

также отобрана и в этой работе рассматривается как первый слой. Длины кернов ТВ-1 и Td-1 составили 69 и 60 см соответственно.

Методы и подходы

Модели датирования 210Pb, включая основы, номенклатуру и формулировку, описаны у ряда авторов [14, 29, 43]. Моделирование методом Монте-Карло [45] выступает как альтернатива квадратичному распределению неопределённостей. Основой метода служит модель постоянного потока 210Pb. Данные упорядочены в электронной таблице, в которой разрешен итерационный расчет. Число итераций составляло 10 000 [45, 46]. Методология была применена к 2 торфяным кернам из мест различных условий окружающей среды и временного периода.

Генерация случайных значений по модели Монте-Карло

После того как все основные величины рассчитаны, можно датировать керн, используя модель постоянного потока 210Pb. Чтобы сопоставить неопределённость по модели Монте-Карло c квадратичным распределением, получают выражения с независимыми переменными [45]. Отметим, что с помощью метода Монте-Карло использование методологии датирования 210Pb выходит за пределы 150 лет с возрастной неопределенностью менее 10 %.

В моделировании используются расчёты для темпов осадконакопления, которые могут быть определены количественно через два параметра: скорость накопления отложений (см∙год–1) и скорость накопления массы (г∙см–2∙год–1) [45]. Укажем, что скорость накопления массы полезна для преобразования концентраций (например, мг∙кг–1 загрязняющего вещества) в потоки, что имеет большое значение в исследованиях окружающей среды (например, загрязняющие вещества: мг∙см–2∙год–1) [46].

В заключение скажем, что рассматриваются 6 источников неопределенности: диаметр керна, период полураспада 210Pb, глубина слоя, сухая масса слоя, а также общее содержание 210Pb и концентрации 226Ra. Измеренные величины моделируются с использованием рандомизированного подхода. Производные переменные вычисляются с использованием случайных значений, полученных для каждой итерации, рассчитывается накопленное квадратичное отклонение от истинного значения и получается неопределенность. Чтобы избежать ошибок вычислений из-за случайных значений, близких к нулю, используется авторская [45] схема уменьшения неопределенности с подобранным экспериментально коэффициентом. Описанная стратегия моделирования по Монте-Карло [45] является очень надежной, поскольку неопределенности рассчитываются всегда по одним и тем же простым принципам и не требуется вывода и использования сложных формул, что снижает вероятность ошибки.

Радиохимическое выделение 210Po и 210Bi в торфяных кернах

Воздушно-сухую пробу торфа (исходная масса не менее 50 г) измельчали фарфоровым пестиком в ступ- 20

ке из аналогичного материала и просеивали через сито 200 х 50 с ячейками 2 мм. Крупную фракцию отбрасывали, мелкую фракцию истирали до крупности 200 меш (< 0.074 мм) с использованием лабораторной мельницы. Отбирали материал пробы для радиохимической обработки (не менее 20 г).

Навеску пробы 5 г помещали в химический стакан ёмкостью 100 см3 и добавляли 10 см3 концентрированной HNO3 марки чда порциями по 1—2 см3 при интенсивном перемешивании. Содержимое стакана нагревали на плитке в течение 5—10 минут. Окончание этапа определяли по прекращению вспенивания раствора. Трассер на данном этапе не добавляли, так как, согласно методике [2], радиохимический выход изотопов 210Po и 210Bi составляет соответственно 0.85 ± 0.13 и 0.85 ± 0.13 и использование трассера не предусмотрено.

После охлаждения постепенно добавляли 5 см3 H2O2 марки чда порциями по 1—2 см3 при перемешивании. Если шла очень бурная реакция, добавляли дистиллированную воду.

Закрывали часовым стеклом и оставляли до момента, когда реакция окисления перейдёт в спокойную стадию. После этого часовые стекла снимали, обмывали дистиллированной водой и выпаривали содержимое стакана солей на плитке, нагретой до +50 °C. На этом этапе важно не допустить пересушивания осадка.

Далее проводили выщелачивание определяемых элементов. Для этого влажные соли обрабатывали 25 см3 HCl (1 : 2) марки чда, хорошо перемешивали, накрывали стакан часовым стеклом и кипятили в течение 1 часа, поддерживая спокойное кипение раствора.

После отстаивания выщелат отфильтровывали через фильтр «синяя лента» в химический стакан объёмом 250 см3. Часовое стекло, стакан и остаток промывали 25 см3 горячей HCl (1 : 4) марки чда.

Затем отфильтрованный осадок вместе с фильтром снова помещали в стакан для выщелачивания и повторяли обработку смесью 25 см3 HCl (1:2) марки чда и 1 см3 H2O2 марки чда в течение 30 минут. Выщелачивание производили как описано выше. Снова выщелат отфильтровывали через фильтр «синяя лента» в стакан, где находился первый фильтрат. Остаток на фильтре и в стакане промывали горячей HCl (1 : 4) марки чда 5 раз по 10 см3.

В объединённый фильтрат прибавляли 10 см3 HClO4 марки чда и выпаривали до появления густых белых паров, закрывали часовым стеклом и продолжали выпаривание до начала выпадения солей. После этого пробу охлаждали, снимали часовые стекла, обмывали их дистиллированной водой и окончательно выпаривали раствор до влажных солей.

Соли растворяли при кипячении после добавления 5 см3 концентрированной HCl марки чда и 25 см3 дистиллированной воды. Затем разбавляли раствор до 100 см3 дистиллированной водой и прибавляли аскорбиновую кислоту марки хч до обесцвечивания раствора для устранения мешающего действия Fe3+ восстановлением его до Fe2+.

Из этого раствора проводили спонтанное осаждение радионуклидов. Стальной диск диаметром 34 мм обрабатывали с одной стороны мелкой наждачной бумагой и протирали ватой, смоченной этиловым спир-

том-ректификатом. Диск помещали в тефлоновую кассету и опускали пинцетом в стакан с подготовленным раствором. Стакан закрывали часовым стеклом и кипятили. Химическое выделение полония и висмута происходило спонтанно при интенсивном кипении раствора в течение 2 часов. По мере выкипания добавляли горячую дистиллированную воду до прежнего объёма. Через 2 часа стакан снимали, раствор выливали, кассету с диском вынимали пинцетом, обмывали дистиллированной водой. Затем осторожно извлекали диск из кассеты, снова обмывали его водой и высушивали на воздухе. Время окончания электрохимического осаждения фиксировали в лабораторном журнале [2]. Подготовленный таким образом счётный образец измеряли на альфа-бе-та-радиометре РКС-01А «Абелия» (НТЦ «Амплитуда»).

После спонтанного осаждения счётный образец, кроме 210Po и 210Bi, мог содержать короткоживущие альфа-излучающие изотопы полония (218Po, 214Po, 216Po и 212Po) и короткоживущие бета-излучающие изотопы висмута (210Bi и 210Bi). Поэтому измерения счётного образца проводили не ранее чем через 10 часов после его приготовления, когда распадутся эти изотопы.

Для проб с низкими активностями определяемых изотопов выполнялась рекомендация проводить измерения на радиометре не позднее чем через 36 часов после электрохимического выделения. В этом промежутке времени бета-активность 210Bi снижалась только на 5—20 %. Распад 210Bi за это время учитывался введением поправочного коэффициента [2].

Результатом измерения счётного образца являлись активности 210Po и 210Bi (в радиоактивном равновесии с 210Pb) с оценкой неопределённости измерений (P = 0.95) [2].

где N a o ^в р и N a ф ^в — число отсчётов в альфа- и бета-каналах радиометра при i-м наблюдении счётного образца и фона соответственно; τ — продолжительность одного наблюдения счётного образца (с); τ _ô — продолжительность одного наблюдения фона (с); n — количество наблюдений счётного образца (не менее 5); n_ô — количество наблюдений фона (10—20 наблюдений).

Средние скорости счёта фона радиометра определялись при измерении чистой подложки (диска).

Удельная активность ²¹⁰Po в пробе A^Po (Бк/кг) определялась как

Po

A Po ₌    A обр   _,

0,85 • M

где 0.85 — постоянный коэффициент (радиохимический выход ²¹⁰Po); M — навеска пробы, отобранная для анализа (кг).

Удельная активность ²¹⁰Bi в пробе A^Pb (Бк/кг) определялась как

A Pb

обр

0,85 • M

^⋅ φ Bi ,

где φ Bi — коэффициент, учитывающий распад ²¹⁰Bi за время электрохимического осаждения до измерения; 0.85 — постоянный коэффициент (радиохимический выход ²¹⁰Bi); M — навеска пробы, отобранная для анализа (кг).

Коэффициент φ Bi определялся из выражения:

φBi=

--—--г.

exp - Arn • t )

где λ — постоянная распада ²¹⁰Bi (с^–1); t — время от электрохимического осаждения до измерения счётного образца (с).

Результат измерений был представлен в виде:

Основные соотношения для обработки результатов измерений

Обработка результатов выполнялась в соответствии с нижеописанным алгоритмом с использованием стандартного офисного приложения MS Excel.

Альфа-активность ²¹⁰Po в счётном образце A оPбoр (Бк) определялась как

A ^Po ± U_A ^Po , A^Pb ± U_A^Pb,

где U APo , Pb — абсолютная неопределённость измерений (P = 0.95) для каждого изотопа соответственно.

Po обр ⁼

αα обр ф

ε Po

Po Po Po Pb Pb Pb

PoPb AA , A A , где uA ’ — абсолютная неопределённость результата измерения для каждого из изотопов определялась как

где I о ^α бр — средняя скорость счёта от счётного образца по альфа-каналу радиометра (с^–1); I ф ^α — средняя скорость счёта фона по альфа-каналу радиометра (с^–1); ε^Po — чувствительность радиометра к альфа-излучению ²¹⁰Po в геометрии счётного образца (Бк^—1с^—1).

Бета-активность ²¹⁰Bi в счётном образце A оBбiр (Бк) определялась подобным же образом.

Чувствительность радиометра к альфа- и бета-излучению ε^Po , ε^Bi определялась при проведении градуировки альфа-бета-радиометра с использованием эта-

лонного источника.

Средние скорости счёта по альфа- и бета-каналам от счётного образца и фона были определены по результатам многократных наблюдений с одинаковой

2             2

^UA ⁼ A u st ⁺ ^ u ^S j ,

j где ust — статистическая неопределённость измерения (P = 0.95) для данного изотопа; uδj — неопределённости, обусловленные погрешностями средств измерения и метода.

Источниками неопределённости u _{δ j} в методике являются: погрешность, обусловленная флуктуациями радиохимического выхода изотопов ( δ₁ ≤ 0.15); погрешность отбора навески пробы ( δ₂ ≤ 0.01); погрешность определения чувствительности радиометра по отношению к альфа- и бета-излучению uε = δ ₃. При соблюдении требований методики

продолжительностью как n                       ⁿ ф

Z ^ов   £ хф a=—, a=— n⋅τ           n ⋅τ фф

,

u δ j = δ j .

Расчёт статистической неопределённости измерений (P = 0.95) производился в следующей последовательности.

При многократных наблюдениях в неизменных условиях определяли стандартные отклонения результатов измерения счётного образца S ^f и фона S ^ , ^в :

гг а, в _

S обр =

s a - ^в =

где I m Р ф — значения скорости счёта по альфа- и бета-каналам радиометра при i -м наблюдении счётного образца и фона соответственно (индекс α соответствует индексу Po, индекс β — Pb, так как измерения их активности проводятся по соответствующим каналам радиометра).

Статистические неопределённости измерения (P = 0.95) счётного образца и фона составляют соответственно:

■ а,в _ а“• в а• в — 1 а“• в

U S ² S o⁶P , ^иф ^2Sф .

Относительная статистическая неопределённость измерения (P = 0.95) для каждого из изотопов соответственно равна [2]:

u “_s ’^в

( и а^в ) ² + ( и а , ^в ) ²

^а , ^в    V ^х , ^в

I обр    I ф

Результаты исследования

Следуя радиохимическому методу, описанному выше, ²¹⁰Pb в сухих образцах определяли после его радиохимического выделения и замеряли с помощью β -спектрометрии [2]. Исследование ²¹⁰Pb в торфяном профиле ТВ-1 проводили до глубины 45 см, что было связано с отсутствием избыточного атмосферного ²¹⁰Pb в нижележащих горизонтах. Общая активность ²¹⁰Pb варьировалась от (185.2 ± 38.6) Бк/кг в первой секции керна до (16.07 ± 7) Бк/кг в нижней секции. Возраст нижнего основного слоя составлял (131.3 ± 10.3) года (см. таблицу). Предполагаемое расчётное время (получено в ходе моделирования), которое ушло на образование каждой секции, варьировалось от 6.9 года в секции 1—6 см до 21.9 года в секции 43—45 см со средним значением 6.6 года.

Результаты датирования 210Pb и скоростей накопления массы для двух торфяных профилей Results of dating 210Pb and mass accumulation rates for two peat profiles

Шифр пробы Sample code	Глубина (см) Depth (cm)	Возраст (предшествующий отбору года) Age (years prior to sampling)	Линейная скорость накопления торфяных отложений (см∙год–1) Mass accumulation rate (cm∙year–1)
TB-1 1	1	6.9 ± 1.5	0.145 ± 0.038
TB-1 2	6	13.4 ± 2.5	0.777 ± 0.025
TB-1 3	8	21.4 ± 3.8	0.252 ± 0.075
TB-1 4	10	26.1 ± 4.5	0.422 ± 0.128
TB-1 5	12	30.3 ± 5.0	0.479 ± 0.141
TB-1 6	14	33.7 ± 5.5	0.590 ± 0.182
TB-1 7	16	36.2 ± 5.7	0.780 ± 0.235
TB-1 8	18	39.8 ± 6.0	0.556 ± 0.169
TB-1 9	21	42.7 ± 6.1	1.047 ± 0.312
TB-1 10	23	46.5 ± 6.4	0.533 ± 0.155
TB-1 11	25	50.0 ± 6.5	0.566 ± 0.172
TB-1 12	27	53.2 ± 6.3	0.629 ± 0.194
TB-1 13	29	59.9 ± 6.6	0.309 ± 0.091
TB-1 14	31	64.9 ± 6.6	0.381 ± 0.114
TB-1 15	33	73.5 ± 7.1	0.236 ± 0.073
TB-1 16	35	80.2 ± 7.2	0.298 ± 0.089
TB-1 17	37	87.7 ± 7.3	0.269 ± 0.092
TB-1 18	39	96.5 ± 7.5	0.228 ± 0.074
TB-1 19	41	109.4 ± 8.1	0.157 ± 0.054
TB-1 20	43	131.3 ± 10.3	0.095 ± 0.027
TB-1 21	45	-	-
Td-1 1	1	2.6 ± 0.9	0.380 ± 0.116
Td-1 2	2	6.2 ± 0.9	0.281 ± 0.067
Td-1 3	4	10.3 ± 1.0	0.491 ± 0.161
Td-1 4	6	15.5 ± 1.1	0.386 ± 0.122
Td-1 5	8	20.9 ± 1.2	0.368 ± 0.112
Td-1 6	10	26.7 ± 1.1	0.349 ± 0.105
Td-1 7	12	30.5 ± 1.2	0.516 ± 0.148
Td-1 8	14	32.4 ± 1.5	1.091 ± 0.338
Td-1 9	16	35.6 ± 1.4	0.616 ± 0.154

Окончание таблицы

Шифр пробы Sample code	Глубина (см) Depth (cm)	Возраст (предшествующий отбору года) Age (years prior to sampling)	Линейная скорость накопления торфяных отложений (см∙год–1) Mass accumulation rate (cm∙year–1)
Td-1 10	18	39.2 ± 1.5	0.557 ± 0.135
Td-1 11	20	41.7 ± 1.7	0.819 ± 0.183
Td-1 12	22	44.6 ± 1.8	0.679 ± 0.157
Td-1 13	24	49.9 ± 1.9	0.379 ± 0.086
Td-1 14	26	54.4 ± 2.1	0.443 ± 0.105
Td-1 15	28	58.1 ± 2.5	0.540 ± 0.147
Td-1 16	30	63.1 ± 2.7	0.401 ± 0.112
Td-1 17	32	67.5 ± 3.0	0.456 ± 0.144
Td-1 18	34	72.9 ± 3.3	0.370 ± 0.113
Td-1 19	36	79.2 ± 3.7	0.321 ± 0.100
Td-1 20	38	88.1 ± 4.3	0.227 ± 0.065
Td-1 21	40	97.0 ± 4.8	0.224 ± 0.055
Td-1 22	44	109.8 ± 4.9	0.159 ± 0.057
Td-1 23	46	131.8 ± 5.1	0.094 ± 0.039
Td-1 24	48	-	-

Линейная скорость накопления торфяных отложений для керна ТВ-1 в среднем составила 0.437 см∙год–1 (см. таблицу). Значения неопределённости скорости накопления массы уменьшились от (0.0447 ± 0.0308) г∙см–2∙год–1 в верхнем слое до (0.0151 ± 0.0044) г∙см–2∙год–1 в нижнем слое (43— 45 см) (рис. 1). На рисунке не указано, но отметим, что среднее составило (0.308 ± 0.112) г∙см–2∙год–1 и отмеченный максимум (0.1266 ± 0.0977) г∙см–2∙год–1 приходится на 1979 год. Значения неопределённостей скорости накопления массы для керна TB-1 низкие в основном из-за того, что в расчёте 226Ra не рассматривался как источник неопределённости. Полученные значения активности 210Pb в нижних горизонтах керна свидетельствуют о радиоактивном равновесии с 226Ra. Значения неопределённости скорости накопления массы (рис. 1) уменьшились от (0.145 ± 0.038) до (0.095 ± 0.027) см∙год–1. Отмеченный максимум (1.047 ± 0.312) см∙год–1 приходится на 1976 год.

Исследование 210Pb в торфяном профиле Td-1 проводили до глубины 48 см, что было связано с отсутствием избыточного атмосферного 210Pb в нижележащих горизонтах. Общая активность 210Pb варьировалась от (281.9 ± 45.7) в первой секции керна до (40.2 ± 6.5) Бк/кг в нижней секции. Возраст нижнего основного слоя составлял (131.8 ± 5.1) года (см. таблицу).

Предполагаемое расчётное время, полученное в ходе моделирования, которое ушло на образование каждой секции керна Td-1, варьировалось от 4.1 года в секции 1—2 см до 22 лет секции 44—46 см со средним значением 5.7 года (см. таблицу).

Значения неопределённости скорости накопления массы керна Td-1 (рис. 2) уменьшились от (0.0274 ± 0.0168) в верхнем слое до (0.0048 ± 0.0120) г⋅см–2⋅год–1 в нижнем слое (44—46 см). Среднее не отображено на графике и составило (0.0307 ± ± 0.0146) г⋅см–2год–1, также отмеченный максимум (0.0650 ± 0.0217) г⋅см/год приходится на 1986 год.

Рис. 1. Скорость накопления массы (красным цветом) и скорость накопления отложений (синим цветом) в торфяном профиле ТВ-1

Fig. 1. Mass accumulation rate (in red) and sediment accumulation rate (in blue) in the peat profile ТВ-1

Рис. 2. Скорость накопления массы (красным цветом) и скорость накопления отложений (синим цветом) в торфяном профиле Td-1

Fig. 2. Mass accumulation rate (in red) and sediment accumulation rate (in blue) in the peat profile Td-1

Значения неопределённости скорости накопления торфяных отложений для керна Td-1 уменьшилось от (0.380 ± 0.116) см⋅год–1 до (0.094 ± 0.039) см⋅год–1 (рис. 2). Среднее не отображено на графике и составило (0.4412 ± 0.159) см⋅год–1, также отмеченный максимум (1.0913 ± 0.02230 г⋅см–2⋅год–1 приходится на 1986 год.

Результаты датирования 210Pb показаны в таблице и на рис. 3. Возраст торфяных кернов был рассчитан для каждого выделенного диапазона глубин керна в пределах общей глубины керна. Средние скорости аккумуляции торфа в разрезах TB-1 и Td-1 являются очень близкими, что, вероятно, связано со схожими факторами окружающей среды, которые обусловли-

Рис. 3. Результаты датирования ²¹⁰Pb для двух торфяных профилей (ТВ-1 и Td-1). Рассчитаны по модели неопределённости Монте-Карло. Модель основана на модели Постоянного потока

Fig. 3. ²¹⁰Pb chronologies for two peat profiles (ТВ-1 and Td-1) calculated using Monte Carlo uncertainly model. Model is based on the Constant Flux model

вают примерно одинаковые линейные скорости накопления торфа.

Атмосферный поток 210Pb для поверхности керна ТВ-1 составил (91.67 ± 0.22) Бк⋅м2⋅год-1, для Td-1 — (80.45 ± 1.08) Бк⋅м2⋅год–1. Для северных широт (30— 60°) средний поток 210Pb составляет 117 Бк⋅м2⋅год–1 [39]. Для стран Северной Европы (Финляндия, Швеция и Эстония) рассчитанный поток свинца-210 находится в диапазоне 50—92 Бк⋅м2⋅год–1 [36, 39, 42]. Как видно из полученных данных, атмосферный поток 210Pb, рассчитанный для Архангельской области, сопоставим с данными по другим территориям Северной Европы.

Выводы

В этом исследовании рассматривалось применение моделирования по методу Монте-Карло для оценки погрешностей (неопределённостей) ²¹⁰Pb-датирования торфяных отложений Европейской Субарктики России на примере профилей TB-1 и Td-1, отобранных в Приморском и Мезенском районах Архангельской области . Указанный метод моделирования позволяет оценить неопределенности датирования ²¹⁰Pb и темпы осадконакопления. На основе указанного моделирования произведён расчёт и получены следующие параметры: атмосферный поток ²¹⁰Pb, возраст секции торфяных профилей, среднее временное разрешение между ними, а также темпы осадконакопления. Последние варьировали в зависимости от рассматриваемого слоя, но в среднем значения были сопоставимы друг с другом. Средние скорости аккумуляции торфа в разрезах TB-1 и Td-1 являются очень близкими, что, вероятно, связано со схожими факторами окружающей среды, обусловливающими примерно одинаковые линейные скорости накопления торфа. Атмосферный поток ²¹⁰Pb, рассчитанный для торфяников Архангельской области, сопоставим с данными по другим территориям Северной Европы — Финляндии, Швеции, Эстонии.

Предполагаем, что оба керна могут предоставить ценную информацию об изменениях потоков атмосферного загрязнения в регионе, так как болота имеют преимущественно атмосферное питание.

Полученные данные для кернов верховых торфяников Архангельской области показали, что используемый в данной работе метод моделирования может быть успешно применен для исследования хронологии других молодых осадочных отложений, в частности донных осадков.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и БРФФИ в рамках научного проекта №1955-04001.