T.Doğan, Z.Yeğingil, H. Çetin, M. Topaksu, F. Duygun, İ. Yeğingil

Transkript

1 Termolüminesans (TL) / Optiksel Uyarılmayla Lüminesans (OSL) Tarihlendirme Yöntemlerini Kullanarak Doğu Anadolu Fay Sisteminin (DAFS) Paleosismolojik Analizi T.Doğan, Z.Yeğingil, H. Çetin, M. Topaksu, F. Duygun, İ. Yeğingil 1 Lüminesans Dozimetri Kongresi, Gaziantep Üniversitesi, Fizik Mühendisliği Bölümü, 2010

2 İçerik Paleosismoloji ve Lüminesans Tarihlendirmesi Örneklerin Toplanması İnce Tanecik Yöntemi ile Örnek Hazırlanması Uyarılma Süresinin Etkisi Ön Isıtma Sıcaklığının Belirlenmesi Anormal Sönüm Gün Işığının OSL Şiddetine Etkisi D-SAR (İkili SAR) Yöntemi 2

3 Alfa (α) Sayımı, Kimyasal Analizler Normal Dağılım Eğrisi Hata Hesapları Yaş Hesaplanması 3

4 Lüminesans ve Paleosismoloji Lüminesans dozimetrelerin en az biri mevcuttur (örneğin kuvars ve feldispat gibi). Güneş ışığı veya sürtünmeden dolayı sedimentlerin lüminesans saatini sıfırlayabilir. Teknik bir kaç yıldan (Montret ve ark., 1992) bir milyon yılın (Fattahi ve Stokes, 2000) üzerinde uzanan geniş bir tarihlendirme aralığına sahiptir. Lüminesans tarihlendirme yöntemleri yaş aralığı açısından (örneğin TL veya OSL) diğer 14 C ve K-Ar gibi diğer tarihlendirme metotlarını tamamlar, ve diğer teknikler için uygun malzemenin olmadığı yerde uygulanabilir veya diğer tekniklerle sonuçları kıyaslamak için kullanılabilir. Değişik lüminesans teknikleri farklı dozimetreler için uygulanabilir; metotlar arasında birbirleri ile kıyaslamayı mümkün kılar (Fattahi, 2000). 4

5 Bazı araştırmacılar faylanma sırasında fay breşinin (breş, fay düzleminde biriken ezik malzeme) tamamen sıfırlamasının kanıtını bulamadıklarını belirttiler (Fukuchi ve Imai, 1998; Toyoda ve ark., 2000). Toyoda ve ark. (2000) Fay kayaçlarında bulunan kuvarsın ezilmesine ilişkin OSL ve TL nin uygulanabileceğini rapor ettiler. Faylanma süresince küçük taneciklerin muhtemelen daha çok sıfırlandığına inandılar (Rink ve ark., 1999; Ulusoy, 2004; Takeuchi ve ark., 2006). Takeuchi ve ark. (2006) orta ve büyük kayaçlarda TL nin tamamen sıfırlanmasının beklenemeyeceğini gösterdi. Tanecik çapının bir fonksiyonu olarak TL şiddeti kimyasal işleme tabi tutulmamış zerreciklerin (500 nm kalınlığında) sadece yüzey tabakasında TL in azaldığını gösterdi. 5

6 Örneklerin Toplanması Örnek Adı Derinlik Koordinat Kıranyurdu TL m ' 00'' kuzey enlemi ' 00'' doğu boylamı OR2 TL3 1.4 m ' 12'' kuzey enlemi ' 00'' doğu boylamı OR2 TL4 1.8 m ' 12'' kuzey enlemi ' 00'' doğu boylamı MO TL1 2.0 m ' 47.57'' kuzey enlemi ' 49.53'' doğu boylamı 6

7 Risø TL/OSL DA 20 okuyucusu 3 farklı algılama filtresi ile kullanılabilir. Hoya U-340 Schott BG 39 Corning 7-59 Kuvars için OSL genellikle Hoya U-340 filtresi kullanılarak okunmaktadır. Buna karşılık feldspat ise genellikle mavi filtre paketi olarak adlandırılan ve Schott BG-39 ile Corning 7-59 filtrelerinin birlikte kullanılması ile oluşturulan filtre kombinasyonu ile okunur. 7

8 İnce Tanecik Yöntemi ile Örnek Hazırlanması 1971 yılında Zimmerman tarafından gerçekleştirilmiştir. İlk kez Wintle ve Huntley (1979) tarafından sedimentlere uygulanmıştır. Frechen (1991) yılında geliştirdiği 4-11µ aralığındaki parçacıkların kullanılması ile günümüze kadar geniş bir şekilde uygulamaktadır (Banerjee ve ark. 2001, Zhang ve ark. 2007, Kim ve ark. 2009). Örnek içerisindeki taşlar ayrılmış, sonra 1N lik HCl ile yıkanmıştır. Bundan sonra %37 lik hidrojen peroksit (H 2 O 2 ) örneklere ilave edildi. Örnekler ıslak eleme işlemine tabi tutuldu. Hazır hale gelen örneklerden <45µ luk kısmı alınarak, 0.01N li sodyum okzalat (COONa) 2 ile ultrasonik banyoda 7 dakika yıkanmıştır 2 saat (COONa) 2 içerisinde bekletildikten sonra beherin üst kısım atılmış bu işlem 3 kez tekrar edilmiştir. Hazırlanan örnekler vialler içerisine bir ependorf pipet ile 2 şer ml aseton ilave edildi. İnkibatör içerisinde 45 0 C de 16 saat kurutulmuştur. 8

9 9

10 Tek Tablet Yeniden Oluşturma Tekniği (SAR) İlk kez Huntley ve ark. (1985) tarafından önerildi ve Duller (1991,1995) ve Galloway (1996) tarafından feldispatlara, Murray ve ark. (1997), Murray ve Roberts (1998) ve Murray ve Mejdahl (1999) tarafından kuvarslara uygulanması ile geliştirildi. Çok tablet prosedürüne göre tercih edilmesinin nedenleri: Farklı tabletlerden elde edilen lüminesans sinyalleri için normalizasyona ihtiyaç duymaz, Aynı örnekten hazırlanan tabletlerden uygun doz dağılımının seçilerek bunlar üzerinde çalışılmayı mümkün kılar, Her bir De belirlenmesi için daha az zamana ihtiyaç duyar. 10

11 Tek tablet yeniden oluşturma tekniğinin temeli her bir doz verilmesinin ardından bunu takip eden her bir uyarım çevriminden sonra bir sinyali ölçmenin mümkün olduğuna dayanır (Murray ve Wintle, 2000). Adım Süreç Gözlenen Doz verme, Ön ısıtma (10 s için C) C de 100 s için mavi ışık ile uyarma c Test dozu verme, C de ısıtma C de 100 s için mavi ışık ile uyarma 1.adıma dönüş L i T i 11

12 , Doğal ve ardışık test dozları ile yeniden üretilmiş OSL sinyali (yani sırasıyla ve ), OSL sinyalinin hassaslık düzeltme ölçümü için elde edilir. Bir hassaslık düzeltme büyüme eğrisi D nin bir fonksiyonu olarak R nin değerinin çizilmesi ile elde edilir. Eğer protokol, hassaslık değişimini düzeltirse, sonrasında veya eşdeğeri olarak dir. Kuvars için standart bir SAR prosedürü genel olarak 6 ölçüm çevriminden meydana gelir: 1) doğal 2),3), 4), 5) ve 6) 12

13 D-SAR (İkili SAR) Yöntemi D-SAR yöntemi ince tanecik yöntemi ile hazırlanan polimineral taneciğe sahip örneklerin eşdeğer dozunun ölçülmesi için kullanılmaktadır (Banerjee ve ark., 2001). 1.Adım 2.Adım 3.Adım 4.Adım 5.Adım 6.Adım 7.Adım (N) Sıfır doz 1.Yeniden oluşturma dozu 2.Yeniden oluşturma dozu 3.Yeniden oluşturma dozu Sıfır doz 10 s de tutulan 5 0 C/s ısıtma hızı ile ( C) arasında ön ısıtma s IRSL, %80 diyod gücü (L x ) s OSL, %80 diyod gücü (L x ) 12.5Gy test dozu Önıstıma sıcaklığı/hızı C,5 0 C/s s IRSL, %80 diyod gücü (T x ) s OSL, %80 diyod gücü (T x ) 1.Yeniden oluşturma dozu 13

14 Uyarılma Süresinin Etkisi Gün ışığı Radyasyona tutma C TL IRSL 70 0 C Ön ısıtma C OSL C 90 dk solma 500 s ısıtma oranı:2 0 C/s optiksel güç 70 uyarılma zamanı ısıtma oranı:2 0 C/s zaman 10 s ısıtma oranı: 2 0 C/s uyarılma zamanı değişken değişken 14

15 Ön Isıtma Sıcaklığının Belirlenmesi Kim ve ark. (2009) ön ısıtma sıcaklığına karşı De değerinin değişimi 15

16 OSL Sinyal Siddeti (a.u.) Gün Işığının OSL Şiddetine Etkisi Gün bekletme ışığında C TL IRSL 70 0 C Ön ısıtma C OSL C Değişen zaman aralıkları ısıtma oranı:2 0 C/s optiksel güç 70 ısıtma oranı:2 0 C/s zaman: 100s ısıtma oranı:2 0 C/s zaman 10 s optiksel güç 70 ısıtma oranı:2 0 C/s zaman:40s OR2 TL Zaman (s)

17 OSL Sinyal Siddeti (a.u.) Anormal Sönüm Gün ışığı solma Radyasyona tutma C TL IRSL 70 0 C Ön ısıtma C OSL C 12 saat 720 s ısıtma oranı:2 0 C/s optiksel güç 70 ısıtma oranı:2 0 C/s zaman: 100s ısıtma oranı:2 0 C/s zaman 10 s ısıtma oranı:2 0 C/s zaman:40s % Zaman (Gün)

18 Protokol TL C, ısıtma oranı 2 0 C/s. IRSL 70 0 C, uygulama zamanı 100s, optiksel güç %70, ısıtma oranı 2 0 C/s Önısıtma C, ısıtma oranı 2 0 C/s OSL C, uygulama zamanı 40s, optiksel güç %70, ısıtma oranı 2 0 C/s Test doz Yeniden oluşturma dozu TL C, ısıtma oranı 2 0 C/s 18 Mavi LED uyarma, uyarma zamanı 100s, uyarım sıcaklığı C, ısıtma oranı 2 0 C/s OSL C, uygulama zamanı 40s, optiksel güç %70, ısıtma oranı 2 0 C/s TL C, ısıtma oranı 2 0 C/s IRSL 70 0 C, uygulama zamanı 100s, optiksel güç %70, ısıtma oranı 2 0 C/s.

19 19 Protokol (Sequence) Programı

20 Yaş Hesaplaması Eşdeğer doz kuvars veya feldispat örneklerinin sıfırlandığı andan günümüze kadar geçen süre boyunca, maruz kaldığı iyonize radyasyona bağlı olarak ölçülen lüminesans şiddetidir. SAR protokolünde yeniden oluşturma çevrimlerinin tekrar edilmesi ile test edilen sonuca bağlı olarak sonucunun yaklaşık olarak 1 e eşit olması gerekmektedir. Yıllık Doz (D)= 20

21 21 Analiz (Analist) Programı

22 22 OR2 TL3

23 Normal Dağılım Eğrisi Lepper K., McKeever S. W. S., (2000) makalesinde adet örnek için Gauss dağılımının nasıl yapılacağını anlatmıştır. değeri Gaussian eşitliğinin ikinci türevinden elde edilmektedir. değerindeki belirsizlik 23

24 24 OR2 TL3

25 Örnek Adı Al folyo ağırlığı (gm) Al folyo+alındığı gibi sediment ağırlığı (gm) Al folyo+ kuru Sediment ağırlığı (gm) Al folyo+doymuş sediment ağırlığı (gm) Örneğin alındığı gibi su % Doymuş su % Nem Analizi W doymuş su içeriğidir (örnek için suyun ağırlığı/toprağın kuru ağırlığı). Maksimum su tutma oranının kesri (F) için arazi şartları ve literatür verileri göz önünde tutularak F = 0,8 0.2 değeri kullanılır (Aitken, 1985). Kıranyurdu 0, , , , TL-10 MO TL 1 0, , ,638 42, OR 2- TL 3 0, , , , OR 2- TL 4 0, , , ,

26 Alfa Sayım Sonuçları 42 mm çapında ve elektronik eşik voltajı olan bir sintilatör için a değerli sistemde aşağıdaki denklemler kullanılır (Aitken, 1985). D U, Th 1.280a U W, Th F D U, Th U, Th W F D K bm 1.25 W F D D U, Th D K 26

27 Kozmik Işın Katkısı Kozmik katkı hesabı yıllık doz hızını etkileyen bir bileşendir. Prescott ve Stephan tarafından (1982) de D0 değerinden örnek alanının jeomanyetik enlem ve boylamının doz oranı değerlerini buldular. Prescott ve Hutton (1994) de Jeomanyetik enlem ve boylamın bir fonksiyonu için kozmik ışınım doz oranını bulmak için eşitliklerdeki parametrelerin değişimini belirledi. Örnek adı Örnek derinliği (m) Ortalama doz (mikrogray /yıl) Kıranyurdu TL MO TL OR 2- TL OR 2- TL

28 Hata Hesapları Tesadüfi Hata (Aitken, 1985). Termolüminesans Ölçümlerinde. Q ve I rad cinsinden eşdeğer beta dozu ve supralineer düzeltmedir. D etkin doz oranı birimi mrad/yıl olarak belirlenir. Pratikte genel olarak %5 civarındadır. Yıllık Doz Hatası Eğer beta dozu alfa sayım oranından belirlenmişse 28

29 Gömüldüğü toprakta taşlar mevcutsa ek tesadüfi hata, Burada D1 toprağın, D2 taşın maruz kaldığı gamma dozudur. 29

30 Sistematik Hata Alfa kaynağı ve alfa sayıcının kalibrasyonu ilk terimin eşitliğine katkı sağlar, beta termolüminesans dozimetri kalibrasyonu ikinci terimi ve beta kaynağı kalibrasyon üçüncü terimi arttırır Parametre Belirsizliği ikinci terim ince taneli tarihlendirme yönteminde ihmal edilmektedir. 30

31 Toryum Uranyum Oranı Beta sayım oranı alfa sayım oranından türetildiğinde, örnekteki toryum aktivitesinin uranyum aktivitesine eşit olduğu varsayılır. Eğer bu serilerden biri veya diğeri baskın ise beta doz hata oranı 20% civarında olabilir. Nemlilik 31

32 Tesadüfi hataların toplamı Sistematik hataların toplamı Herhangi bir i. örneğin toplam hatası ise 32

33 Örnek Alfa Yıllık doz De Yaş (yıl) Hata oranı Adı sayımları (Gy/kyıl) Paleodoz (Gy) % (sayım/ks) OR2 TL OR2 TL MO TL Kıranyurdu TL