放射性核素常被用于近现代沉积物定年。然而，由于来源、半衰期、环境行为和测量技术方面的差异，它们在被用于沉积物尤其是快速沉积体系的定年时多数以失败告终。因此，开展快速沉积下核素水平和分布的差异及其机理研究，对于认知和确立可靠定年手段具有重要意义。

　　中国科学院地球环境研究所侯小琳研究团队利用黄土高原三原县天坑，分析其表层沉积物中²¹⁰Pb、¹³⁷Cs、¹²⁹I和^239,240Pu核素水平，通过综合对比分析其深度分布特征，研究了各核素在快速沉积定年中的优劣。他们发现，过剩210Pb和半衰期相对较短的¹³⁷Cs（30.2 yr）在快速沉积过程中被稀释而呈现出极大不确定度；欧洲核燃料后处理厂向环境中持续大量排放¹²⁹I对1963年大气核爆峰造成干扰，使¹²⁹I仅可用于辅助定年；在²⁴⁰Pu/²³⁹Pu原子比值的检验下，^239,240Pu比活度展示出清晰的单峰分布特征，对应1963年大气核武器试验钚的最大沉降，表明^239,240Pu在快速沉积体系中具有清晰可靠的断代能力。这归功于其较长的半衰期（²³⁹Pu: 24.1 kyr, ²⁴⁰Pu: 6.57 kyr）以及ICP-MS/MS超灵敏的检测技术对环境中低水平^239,240Pu的准确检测。此外，他们还结合^239,240Pu质量平衡模型计算和野外观测，推断降水侵蚀将周边黄土带入坑内是除风尘堆积外天坑沉积物的另一个主要来源。

　　该研究充分展示出钚同位素对于快速沉积定年的显著优势，明确了其在未来黄河流域生态演化研究中的巨大潜力。

　　图 天坑沉积物不同钻孔中各核素的深度分布显示出钚同位素对于核爆事件的清晰记录及其在现代快速沉积中的定年优势

　　上述研究成果以Plutonium-based radiometric dating of rapidly accumulated sediments in the Sanyuan sinkhole, southern Chinese Loess Plateau为题发表在著名环境学期刊Science of the Total Environment上。该研究受中科院先导项目、国家自然科学基金委以及中科院青促会资助。中科院地环所范煜坤副研究员、西安地球环境创新研究院姜欢工程师是共同第一作者，中科院地环所侯小琳研究员是通讯作者。论文原文链接如下：

　　https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160937