Luminescence Dating

Datarea cu luminiscență (inclusiv termoluminescența și luminiscența stimulată optic) este un tip de metodologie de datare care măsoară cantitatea de lumină emisă din energia stocată în anumite tipuri de roci și solurile derivate pentru a obține o dată absolută pentru un eveniment specific care a avut loc în trecut. Metoda este o tehnică de întâlnire directă, ceea ce înseamnă că cantitatea de energie emisă este un rezultat direct al evenimentului măsurat. Mai bine, spre deosebire de întâlnirea cu radiocarburi, efectul de măsurare a luminiscenței crește cu timpul. Drept urmare, nu există o limită de dată superioară stabilită de sensibilitatea metodei însăși, deși alți factori pot limita fezabilitatea metodei.

Cum funcționează întâlnirea cu luminiscența

Două forme de datare a luminiscenței sunt folosite de arheologi pentru a întâlni evenimente din trecut: termoluminiscența (TL) sau luminiscența stimulată termic (TSL), care măsoară energia emisă după ce un obiect a fost expus la temperaturi cuprinse între 400 și 500 ° C; și luminiscență stimulată optic (OSL), care măsoară energia emisă după ce un obiect a fost expus la lumina zilei.

Pentru a spune simplu, anumite minerale (cuarț, feldspat și calcită), depozitează energia de la soare într-un ritm cunoscut. Această energie este depusă în zăbrele imperfecte ale cristalelor mineralului. Încălzirea acestor cristale (cum ar fi atunci când un vas de ceramică este tras sau când rocile sunt încălzite) goli energia stocată, după care mineralul începe să absoarbă din nou energie.

Datarea TL este o problemă de a compara energia stocată într-un cristal cu ceea ce „ar trebui” să fie acolo, venind astfel cu o dată de încălzire ultima. În același mod, mai mult sau mai puțin, datarea OSL (luminiscență stimulată optic) măsoară ultima dată când un obiect a fost expus la lumina soarelui. Datarea luminescenței este bună pentru câteva sute până la (cel puțin) câteva sute de mii de ani, ceea ce o face mult mai utilă decât întâlnirea cu carbon.

Înțelesul luminiscenței

Termenul luminiscență se referă la energia emisă ca lumină din minerale, cum ar fi cuarțul și feldspatul, după ce au fost expuse la o radiație ionizantă. Mineralele - și, de fapt, tot ceea ce există pe planeta noastră - sunt expuse radiațiilor cosmice: datarea luminescenței profită de faptul că anumite minerale atât colectează cât și eliberează energie din radiația respectivă în condiții specifice.

Tipurile de roci cristaline și solurile colectează energie din degradarea radioactivă a uraniului cosmic, a torului și a potasiului-40. Electronii din aceste substanțe sunt prinși în structura cristalină a mineralului, iar expunerea continuă a rocilor la aceste elemente în timp duce la creșteri previzibile ale numărului de electroni prinși în matrice. Dar când roca este expusă la niveluri ridicate de căldură sau lumină, acea expunere provoacă vibrații în zăbrele minerale, iar electronii prinși sunt eliberați. Expunerea la elemente radioactive continuă, iar mineralele încep din nou să stocheze electroni liberi în structurile lor. Dacă puteți măsura rata de achiziție a energiei stocate, vă puteți da seama cât a trecut de când s-a întâmplat expunerea.

Materialele de origine geologică vor fi absorbite cantități considerabile de radiații de la formarea lor, astfel încât orice expunere cauzată de om la căldură sau lumină va reseta ceasul de luminiscență considerabil mai recent decât cel din moment ce numai energia stocată de la eveniment va fi înregistrată.

Măsurarea energiei stocate

Modul în care măsurați energia stocată într-un obiect pe care vă așteptați a fost expus la căldură sau lumină în trecut este de a stimula din nou acel obiect și de a măsura cantitatea de energie eliberată. Energia eliberată prin stimularea cristalelor este exprimată în lumină (luminiscență). Intensitatea luminii albastre, verzi sau infraroșii care este creată atunci când este stimulat un obiect este proporțională cu numărul de electroni stocați în structura mineralului și, la rândul lor, acele unități de lumină sunt convertite în unități de doză..

Ecuațiile utilizate de savanți pentru a determina data la care s-a produs ultima expunere sunt de obicei:

Vârsta = luminiscența totală / rata anuală de achiziție a luminiscenței sau
Vârsta = paleodoză (De) / doză anuală (DT)

În cazul în care De este doza beta de laborator care induce aceeași intensitate de luminiscență în eșantionul emis de eșantionul natural și DT este rata anuală a dozei care cuprinde mai multe componente ale radiațiilor care apar în descompunerea elementelor radioactive naturale.

Evenimente și obiecte care pot fi setate

Artifactele care pot fi datate folosind aceste metode includ ceramică, litice arse, cărămizi arse și sol din vatra (TL) și suprafețe de piatră nearsă care au fost expuse la lumină și apoi îngropate (OSL).

Ceramică: Se presupune că cea mai recentă încălzire măsurată în sherds de ceramică reprezintă evenimentul de fabricație; semnalul provine din cuarț sau feldspat din lut sau din alți aditivi de temperare. Deși vasele de ceramică pot fi expuse la căldură în timpul gătitului, gătitul nu este niciodată la niveluri suficiente pentru a reseta ceasul de luminiscență. Datarea TL a fost utilizată pentru a determina vârsta ocupațiilor civilizației din Valea Indusului, care s-a dovedit rezistentă la întâlnirea cu radiocarbon, din cauza climatului local. Luminescența poate fi, de asemenea, utilizată pentru a determina temperatura de ardere inițială.
Lithics: Materia primă, cum ar fi flint-uri și cherts, a fost datată de TL; roca crăpată de foc din vatra poate fi datată și prin TL, atât timp cât au fost trase la temperaturi suficient de ridicate. Mecanismul de resetare este încălzit în primul rând și funcționează cu presupunerea că materia primă de piatră a fost tratată termic în timpul fabricării sculelor din piatră. Cu toate acestea, tratamentul termic implică în mod normal temperaturi cuprinse între 300 și 400 ° C, nu întotdeauna suficient de ridicat. Cel mai bun succes din datele TL pe artefacte cizelate probabil apar din evenimentele când au fost depuse într-o vatră și concediate accidental.
Suprafețele clădirilor și zidurilor: Elementele îngropate ale zidurilor în picioare ale ruinelor arheologice au fost datate folosind luminiscență stimulată optic; data derivată asigură vârsta îngropării suprafeței. Cu alte cuvinte, data OSL pe un perete de temelie a unei clădiri este ultima dată când fundația a fost expusă la lumină înainte de a fi utilizată ca straturi inițiale într-o clădire și, prin urmare, când clădirea a fost construită pentru prima dată..
Alții: S-a găsit un anumit succes obiecte de întâlnire, precum instrumente osoase, cărămizi, mortar, movile și terase agricole. Zgura antică rămasă din producția metalică timpurie a fost, de asemenea, datată folosind TL, precum și datarea absolută a fragmentelor de cuptor sau a garniturilor vitrificate ale cuptoarelor și creuzetelor..

Geologii au folosit OSL și TL pentru a stabili cronologii lungi, jurnal de peisaje; Datarea luminescenței este un instrument puternic pentru a ajuta sentimentele de date datate cuaternar și perioade mult mai anterioare.

Istoria științei

Termoluminiscența a fost descrisă pentru prima dată într-o lucrare prezentată la Royal Society (din Marea Britanie) în 1663, de Robert Boyle, care a descris efectul într-un diamant încălzit la temperatura corpului. Posibilitatea de a folosi TL stocat într-un eșantion de minerale sau olărit a fost propus pentru prima dată de chimistul Farrington Daniels în anii '50. În anii ’60 -’70, Laboratorul de Cercetare pentru Arheologie și Istoria Artei a Universității Oxford a condus la dezvoltarea TL ca metodă de datare a materialelor arheologice..

surse

Forman SL. 1989. Aplicații și limitări ale termoluminiscenței până la sedimentele cuaternare până în prezent. International Quaternary 1: 47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J și Maat P. 1988. Potențialul utilizării termoluminiscenței până în prezent a solurilor îngropate s-au dezvoltat pe sedimente coluviale și fluviale din Utah și Colorado, S.U.A.: Rezultate preliminare. Recenzii științifice cuaternare 7 (3-4): 287-293.

Fraser JA și Price DM. 2013. O analiză termoluminiscență (TL) a ceramicii din Știința aplicată a argilei 82: 24-30.cairns în Iordania: Utilizarea TL pentru a integra caracteristicile din afara locului în cronologiile regionale.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N și Li S-H. 2013. .Luminescence Dating in Archaeology, Antropology and Geoarchaeology: An Panoramic Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Datarea termoluminescentă în aplicarea sa la arheologie: o revizuire. Jurnalul de științe arheologice 2 (1): 17-43.

Singhvi AK, și Mejdahl V. 1985. Datarea termoluminiscenței sedimentelor. Piste nucleare și măsurători de radiații 10 (1-2): 137-161.

Wintle AG. 1990. O trecere în revistă a cercetărilor actuale privind datarea în TL a loess-ului. Recenzii științifice cuaternare 9 (4): 385-397.

Wintle AG și Huntley DJ. 1982. Datarea termoluminiscenței sedimentelor. Recenzii științifice cuaternare 1 (1): 31-53.

Ştiinţă