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Detection of radionuclides in tree rings with AMS and ILIAMS for possible age determination of modern wood samples
Tabea Fuchs
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Robin Golser
DOI
10.25365/thesis.77114
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21972.52953.905632-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Genauigkeit der Radiokarbondatierung (14C) für moderne Holzproben, insbesondere solche aus der Mitte des 20. Jahrhunderts, wurde durch anthropogene fossile Brennstoffemissionen beeinträchtigt, die die natürlichen 14C-Werte in der Atmosphäre verändert haben. Daher besteht ein zunehmender Bedarf an ergänzenden Methoden, um die Präzision der Altersbestimmung dieser Proben zu verbessern. Die Eignung von 90Sr und 129I als ergänzende Methoden zur Altersbestimmung von Holzproben, insbesondere im Zusammenhang mit modernen dendrochronologischen Analysen, wird untersucht. Aufbauend auf etablierten Radiokohlenstoffdatierungstechniken (14C) werden diese Radionuklide als potenzielle Indikatoren zur Unterscheidung von Materialien vor und nach der Ära der Kernwaffentests betrachtet. Hauptziel der Arbeit war es, die Migration von 90Sr und 129I in Baumringen zu analysieren und die Anwendbarkeit dieser Isotope als Datierungsmethoden zu bewerten. Techniken wie die Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) und die Ionen-Laser-Inter-Aktions-Massenspektrometrie (ILIAMS) wurden für die Messungen verwendet, die beide am Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) durchgeführt wurden. Diese hoch- präzisen Methoden ermöglichen den Nachweis von Spurenmengen von Radionukliden in den Proben. AMS wurde zur Messung von 129I und 14C verwendet, während ILIAMS zur Messung von 90Sr eingesetzt wurde. Auch die chemische Probenvorbereitung spielte eine entscheidende Rolle bei der Isolierung der Analyten zur Messung und der Minimierung unerwünschter Störungen. Entgegen der anfänglichen Annahme, dass 90Sr nach der Ablagerung im Kernholz fixiert bleibt, migriert es innerhalb des Xylems der Bäume. Diese Migration erschwert die Verwendung von 90Sr als verlässlichen Marker für dendrochronologische Studien, da erhebliche Mengen von 90Sr in Baumringen nachgewiesen wurden, die lange vor der nuklearen Ära gebildet wurden. Dies deutet auf eine jahrzehntelange Bewegung des Isotops hin. Ebenso zeigt 129I, obwohl es eine geringere Mobilität aufweist, Schwankungen in den Konzentrationen. Dies weist auf eine ungleichmäßige Aufnahme und Speicherung des Isotops hin, die durch unterschiedliche Umweltfaktoren beeinflusst wird. Zusätzlich traten bei der Messung von 129I in der Holzmatrix Probleme auf, da die angewandte chemische Methode Herausforderungen darstellte. Diese Schwierigkeiten behinderten die präzise Bestimmung von 129I und führten zu inkonsistenten Ergebnissen. Obwohl 90Sr und 129I Potenzial für die Altersbestimmung von Proben haben, die vor der Ära der Kernwaffentests entstanden sind, werden sie nicht für Proben aus oder nahe der Kernwaffen-Testperiode empfohlen. Die Migration dieser Isotope, die Variabilität ihrer Konzentrationen in verschiedenen Bäumen und die Schwierigkeiten bei der Vorbereitung der Chemie von 129I für AMS verdeutlichen die Herausforderungen bei der Verwendung dieser Radionuklide zur präzisen Altersbestimmung von Holzproben.
Abstract
(Englisch)
The accuracy of radiocarbon (14C) dating for modern wood samples, particularly those from the mid-20th century onward, has been compromised due to anthropogenic fossil fuel emissions, which have altered the natural levels of 14C in the atmosphere. As a result, there is a growing need for supplementary methods to improve the precision of age determination for these samples. The suitability of 90Sr and 129I as supplementary methods for the age determination of wood samples, particularly in the context of modern dendrochronological analyses, is investigated. Building on established radiocarbon dating techniques, these radionuclides are considered as potential indicators for differentiating between materials from before and after the era of nuclear weapons testing. The main objective of the work was to analyze the migration of 90Sr and 129I in tree rings and evaluate the applicability of these isotopes as dating methods. Techniques such as Accelerator Mass Spectrometry (AMS) and Ion-Laser Interaction Mass Spectrometry (ILIAMS) were used for the measurements, both conducted at the Vienna Environmental Research Accelerator (VERA). These high-precision methods enable the detection of trace amounts of radionuclides in the samples. AMS was used to measure 129I and 14C, while ILIAMS was employed for measuring 90Sr. The chemical sample preparation also played a crucial role in isolating the analytes for measurement and minimizing unwanted interferences. Contrary to initial assumptions that 90Sr remains fixed in the heartwood after deposition, it migrates within the xylem of the trees. This migration complicates the use of 90Sr as a reliable marker for dendrochronological studies, as significant amounts of 90Sr were detected in tree rings formed long before the nuclear era. This suggests decades-long movement of the isotope. Similarly, 129I, while exhibiting lower mobility, also shows fluctuations in concentrations. This indicates uneven uptake and storage of the isotope, influenced by varying environmental factors. Additionally, problems were encountered when measuring 129I in the wood matrix, as the applied chemical method presented challenges. These difficulties hindered the precise determination of 129I and resulted in inconsistent findings. While the isotopes 90Sr and 129I may have potential for age determination of samples formed before the nuclear testing era, they are not recommended for samples from or near the nuclear testing period. The migration of these isotopes, the variability of their concentrations in different trees, and the difficulties in the preparation chemistry of 129I for AMS measurement, highlight the challenges of using these radionuclides for precise age determination of wood samples.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Isotopenphysik Dendrochemie Dendrochronologie AMS ILIAMS C-14 Alterbestimmung Bombenpeak Sr-90 I-129 Bäume Holz Altersdatierung 1920-2000 Beschleuniger-Massenspektrometrie
Schlagwörter
(Englisch)
1920-2000 ILIAMS Accelerator Mass Spectrometry Dendrochronology AMS Bombpeak Wood Trees Age determination I-129 Sr-90 C-14 radiocarbon dating Dendrochemistry Isotope physics
Autor*innen
Tabea Fuchs
Haupttitel (Englisch)
Detection of radionuclides in tree rings with AMS and ILIAMS for possible age determination of modern wood samples
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
10, 93 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Robin Golser
AC Nummer
AC17374079
Utheses ID
73238
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |