Întâlniri cu luminescență - Luminescence dating

Datarea prin luminescență se referă la un grup de metode de determinare a timpului în care cerealele minerale au fost expuse ultima dată la lumina soarelui sau încălzire suficientă. Este util geologilor și arheologilor care doresc să știe când a avut loc un astfel de eveniment. Folosește diverse metode pentru a stimula și măsura luminiscența .

Include tehnici precum luminiscența stimulată optic (OSL), luminescența stimulată în infraroșu (IRSL) și datarea prin termoluminescență (TL). „Întâlnirea optică” se referă de obicei la OSL și IRSL, dar nu la TL.

Condiții și precizie

Toate sedimentele și solurile conțin urme de izotopi radioactivi ai unor elemente precum potasiu , uraniu , toriu și rubidiu . Acestea se degradează încet în timp, iar radiațiile ionizante pe care le produc sunt absorbite de cerealele minerale din sedimente precum cuarțul și feldspatul de potasiu . Radiația face ca sarcina să rămână în boabe în „capcane de electroni” instabile din punct de vedere structural. Încărcarea blocată se acumulează în timp, la o rată determinată de cantitatea de radiații de fundal în locul în care a fost îngropată proba. Stimularea acestor boabe minerale folosind fie lumină (albastră sau verde pentru OSL; infraroșu pentru IRSL), fie căldură (pentru TL) determină emiterea unui semnal de luminiscență pe măsură ce energia electronică instabilă stocată este eliberată, a cărei intensitate variază în funcție de cantitatea de radiațiile absorbite în timpul înmormântării și proprietățile specifice ale mineralului.

Majoritatea metodelor de datare cu luminiscență se bazează pe presupunerea că boabele minerale au fost suficient de „albite” în momentul datării evenimentului. De exemplu, în cuarț, o expunere scurtă la lumina zilei în intervalul de 1–100 secunde înainte de înmormântare este suficientă pentru a „reseta” efectiv ceasul de întâlnire OSL. Acesta este de obicei, dar nu întotdeauna, cazul depozitelor eoliene , cum ar fi dune de nisip și loess , și unele depozite de apă. Vârstele OSL cu cuarț unic pot fi determinate de obicei de la 100 la 350.000 de ani BP și pot fi fiabile atunci când se utilizează metode adecvate și se fac verificări adecvate. Tehnicile IRSL de feldspat au potențialul de a extinde intervalul de date până la un milion de ani, deoarece feldspatii au de obicei niveluri de saturație a dozei semnificativ mai mari decât cuarțul, deși problemele legate de estomparea anormală vor trebui abordate mai întâi. Vârstele pot fi obținute în afara acestor intervale, dar ar trebui luate în considerare cu prudență. Incertitudinea unei date OSL este de obicei 5-10% din vârsta eșantionului.

Există două metode diferite de datare OSL: doză multiplu-alicot și doză unic-alicot-regenerativă (SAR). În testarea cu alicote multiple, un număr de boabe de nisip sunt stimulate în același timp și se semnează semnătura de luminescență rezultată. Problema cu această tehnică este că operatorul nu cunoaște cifrele individuale care sunt mediate și, prin urmare, dacă există probe parțial pre-albite în probă, poate da o vârstă exagerată. Spre deosebire de metoda cu alicot multiplu, metoda SAR testează vârstele de înmormântare a granulelor individuale de nisip care apoi sunt trasate. Depozitele mixte pot fi identificate și luate în considerare la stabilirea vârstei.

Istorie

Conceptul de utilizare a datării luminescenței în contexte arheologice a fost sugerat pentru prima dată în 1953 de Farrington Daniels, Charles A. Boyd și Donald F. Saunders, care au crezut că răspunsul la termoluminiscență al cioburilor de ceramică ar putea dat ultima incidență a încălzirii. Testele experimentale pe ceramica arheologică au urmat câțiva ani mai târziu, în 1960, de Grögler și colab. În următoarele câteva decenii, cercetarea termoluminiscenței sa concentrat pe ceramică și ceramică încălzite, cremene arse, sedimente de vatră coapte, pietre de cuptor din movile arse și alte obiecte încălzite.

În 1963, Aitken și colab. a observat că capcanele TL în calcit ar putea fi albite de lumina soarelui, precum și de căldură, iar în 1965 Shelkoplyas și Morozov au fost primii care au folosit TL până în prezent sedimente neîncălzite. De-a lungul anilor 70 și începutul anilor 80 datarea TL a capcanelor sensibile la lumină din sedimentele geologice atât de origine terestră, cât și marină a devenit mai răspândită.

Datarea optică folosind luminiscența stimulată optic (OSL) a fost dezvoltată în 1984 de David Huntley și colegii săi. Hütt și colab. a pus bazele datării luminescenței cu infraroșu stimulat (IRSL) a feldspatilor de potasiu în 1988. Metoda tradițională OSL se bazează pe stimularea optică și transferul electronilor dintr-o capcană, în găurile situate în altă parte a rețelei - necesitând în mod necesar două defecte pentru a fi în apropiere apropiere și, prin urmare, este o tehnică distructivă. Problema este că centrele de captare a electronilor / găurilor din apropiere suferă de tuneluri localizate, eradicându-le semnalul în timp; această problemă definește în prezent limita superioară de vârstă pentru întâlnirile OSL

În 1994, principiile din spatele datării optice și termoluminescente au fost extinse pentru a include suprafețe din granit, bazalt și gresie, cum ar fi roca sculptată din monumente și artefacte antice. Ioannis Liritzis , inițiatorul datării cu luminescență a clădirilor antice, a arătat acest lucru în mai multe cazuri de diferite monumente.

Fizică

Datarea prin luminescență este una dintre mai multe tehnici în care o vârstă este calculată după cum urmează:

vârsta = (doza totală de radiații absorbite) / (rata dozei de radiații)

Rata dozei de radiație este calculată din măsurători ale elementelor radioactive (K, U, Th și Rb) din eșantion și din împrejurimile sale și rata dozei de radiație din razele cosmice . Rata dozei este de obicei cuprinsă între 0,5 - 5 gri / 1000 de ani. Doza totală de radiație absorbită este determinată de minerale captivante, ușoare, specifice (de obicei cuarț sau feldspat de potasiu ) extrase din probă și măsurând cantitatea de lumină emisă ca rezultat. De fotonii luminii emise trebuie să aibă energii mai mari decât fotonii de excitație pentru a evita măsurarea obișnuite fotoluminescență . Se poate spune că o probă în care boabele minerale au fost expuse la o lumină naturală suficientă (secunde pentru cuarț; sute de secunde pentru feldspatul de potasiu) este de vârstă zero; atunci când este excitat nu va emite astfel de fotoni. Cu cât eșantionul este mai vechi, cu atât emite mai multă lumină, până la o limită de saturație.

Minerale

Mineralele măsurate sunt, de obicei, boabe de mărimea nisipului de feldspat de cuarț sau potasiu sau boabe de mărimea nămolului nedespărțite. Utilizarea fiecăruia are avantaje și dezavantaje. Pentru cuarț, se utilizează în mod normal frecvențe de excitație albastre sau verzi și se măsoară emisia aproape ultravioletă . Pentru feldspatul de potasiu sau boabele de dimensiuni de nămol, se folosește în mod normal excitația în infraroșu apropiat (IRSL) și se măsoară emisiile violete.

Comparație cu datarea radiocarbonată

Spre deosebire de datarea cu carbon 14 , metodele de datare prin luminescență nu necesită datarea unei componente organice contemporane a sedimentului; doar cuarț, feldspat de potasiu sau alte cereale minerale care au fost complet albite în timpul evenimentului datat. De asemenea, aceste metode nu suferă de supraestimarea datelor în care sedimentul în cauză a fost amestecat cu „carbon vechi” sau14
C- carbon dificil care nu este același raport izotopic ca atmosfera. Într-un studiu al cronologiei sedimentelor lacustre din zona aridă din lacul Ulaan din sudul Mongoliei , Lee și colab. a descoperit că datele OSL și radiocarbonate au fost de acord în unele eșantioane, dar datele radiocarbonate erau cu până la 5800 de ani mai vechi în altele.

Sedimentele cu vârste în dezacord au fost determinate a fi depuse prin procese eoliene. Vânturile de vest au adus un aflux de14
C- carbon deficient din solurile adiacente și roci de carbonat paleozoic , proces care este activ și astăzi. Acest carbon prelucrat a schimbat raporturile izotopice măsurate, dând o vârstă mai înaintată falsă. Cu toate acestea, originea suflată de vânt a acestor sedimente a fost ideală pentru datarea OSL, deoarece majoritatea boabelor ar fi fost complet albite de expunerea la soare în timpul transportului și înmormântării. Lee și colab. a concluzionat că atunci când se suspectează transportul sedimentului eolian, în special în lacurile din medii aride, metoda de datare OSL este superioară metodei de datare radiocarbonată, deoarece elimină o problemă comună de eroare „vechi-carbon”.

Alte utilizări

Unul dintre beneficiile datării la luminescență este că poate fi folosit pentru a confirma autenticitatea unui artefact. În condiții adecvate de lumină slabă, poate fi utilizată o probă în zeci de miligrame.

Interval de vârstă

Gama de vârstă a metodelor de datare cu luminescență se extinde de la câțiva ani (Montret și colab., 1992) la peste un milion de ani (Fattahi M., Stokes S., 2001).

Note

  1. ^ a b Rhodes, EJ (2011). „Datarea luminiscenței stimulată optic a sedimentelor din ultimii 250.000 de ani”. Revizuirea anuală a Pământului și a științelor planetare . 39 : 461–488. Bibcode : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146 / annurev-earth-040610-133425 .
  2. ^ Murray, AS și Olley, JM (2002). „Precizie și precizie în datarea de luminiscență stimulată optic a cuarțului sedimentar: o revizuire a stării” (PDF) . Geochronometria . 21 : 1–16 . Adus la 8 februarie 2016 .
  3. ^ a b Roberts, RG, Jacobs, Z., Li, B., Jankowski, NR, Cunningham, AC și Rosenfeld, AB (2015). „Datarea optică în arheologie: treizeci de ani în retrospectivă și mari provocări pentru viitor” . Journal of Archaeological Science . 56 : 41–60. doi : 10.1016 / j.jas.2015.02.028 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  4. ^ a b c Jacobs, Z și Roberts, R (2007). „Progrese în datarea cu luminiscență stimulată optic a boabelor individuale de cuarț din depozitele arheologice”. Antropologie evolutivă . 16 (6): 218. doi : 10.1002 / evan.20150 . S2CID  84231863 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  5. ^ Daniels, F., Boyd, CA și Saunders, DF (1953). „Termoluminiscența ca instrument de cercetare”. Știință . 117 (3040): 343-349. Bibcode : 1953Sci ... 117..343D . doi : 10.1126 / science.117.3040.343 . PMID  17756578 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  6. ^ Grögler, N., Houtermans, FG și Stauffer, H. (1960). "Über die datierung von keramik und ziegel durch thermolumineszenz" . Helvetica Physica Acta . 33 : 595–596 . Adus la 16 februarie 2016 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  7. ^ Aitken, MJ, Tite, MS și Reid, J. (1963). „Datare termoluminiscentă: raport de progres”. Arheometrie . 6 : 65-75. doi : 10.1111 / j.1475-4754.1963.tb00581.x .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  8. ^ Shelkoplyas, VN & Morozov, GV (1965). „Unele rezultate ale unei investigații a depozitelor cuaternare prin metoda termoluminiscenței”. Materiale privind perioada cuaternară a Ucrainei . Al 7-lea Congres al Asociației Internaționale cuaternare, Kiev: 83-90.
  9. ^ Wintle, AG și Huntley, DJ (1982). „Datarea termoluminiscenței sedimentelor”. Revista științei cuaternare . 1 (1): 31-53. Cod Bib : 1982QSRv .... 1 ... 31W . doi : 10.1016 / 0277-3791 (82) 90018-X .
  10. ^ Huntley, DJ, Godfrey-Smith, DI și Thewalt, MLW (1985). „Datarea optică a sedimentelor”. Natura . 313 (5998): 105–107. Cod Bib : 1985Natur.313..105H . doi : 10.1038 / 313105a0 . S2CID  4258671 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  11. ^ Hütt, G., Jaek, I. & Tchonka, J. (1988). „Datare optică: spectre de stimulare a răspunsului optic K-feldspath”. Revista științei cuaternare . 7 (3-4): 381-385. Bibcode : 1988QSRv .... 7..381H . doi : 10.1016 / 0277-3791 (88) 90033-9 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  12. ^ a b Liritzis, I. (2011). „Întâlniri la suprafață prin luminescență: o prezentare generală” . Geochronometria . 38 (3): 292-302. doi : 10.2478 / s13386-011-0032-7 .
  13. ^ Liritzis, I., Polymeris, SG și Zacharias, N. (2010). „Întâlnire cu luminiscență de suprafață a„ Caselor Dragonului ”și a Porții Armena la Styra (Euboea, Grecia)”. Arheologie și arheometrie mediteraneană . 10 (3): 65–81. Bibcode : 2010MAA .... 10 ... 65L .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  14. ^ Liritzis, I. (2010). „Strofilas (Insula Andros, Grecia): noi dovezi ale perioadei neolitice cicladice finale prin metode noi de datare folosind luminiscența și hidratarea obsidianului”. Journal of Archaeological Science . 37 (6): 1367–1377. doi : 10.1016 / j.jas.2009.12.041 .
  15. ^ a b Lee, MK, Lee, YI, Lim, HS, Lee, JI, Choi, JH și Yoon, HI (2011). "Comparația metodelor de datare cu radiocarbon și OSL pentru un miez de sedimente cuaternare târzii din lacul Ulaan, Mongolia". Jurnal de paleolimnologie . 45 (2): 127-135. Cod Bib : 2011JPall..45..127L . doi : 10.1007 / s10933-010-9484-7 . S2CID  128511753 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  16. ^ Liritzis, Ioannis; Singhvi, Ashok Kumar; Pene, James K .; Wagner, Gunther A .; Kadereit, Annette; Zaharia, Nikolaos; Li, Sheng-Hua (2013), Liritzis, Ioannis; Singhvi, Ashok Kumar; Pene, James K .; Wagner, Gunther A. (eds.), "Luminescence-Based Authenticity Testing", Luminescence Dating in Archaeology, Anthropology, and Geoarchaeology: An Overview , SpringerBriefs in Earth System Sciences, Heidelberg: Springer International Publishing, pp. 41–43, doi : 10.1007 / 978-3-319-00170-8_5 , ISBN 978-3-319-00170-8

Referințe

  • Aitken, MJ (1998). O introducere în datarea optică: datarea sedimentelor cuaternare prin utilizarea luminescenței stimulate de fotoni . Presa Universitatii Oxford. ISBN  0-19-854092-2
  • Greilich S., Glasmacher UA, Wagner GA (2005). "Datarea optică a suprafețelor din piatră granitică". Arheometrie . 47 (3): 645-665. doi : 10.1111 / j.1475-4754.2005.00224.x .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Habermann J., Schilles T., Kalchgruber R., Wagner GA (2000). „Pași spre datarea suprafeței folosind luminiscența”. Măsurători de radiații . 32 (5): 847-851. Bibcode : 2000RadM ... 32..847H . doi : 10.1016 / s1350-4487 (00) 00066-4 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Liritzis I (1994). „O nouă metodă de datare prin termoluminiscență a clădirii din piatră megalitică sculptată”. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série II . 319 (5): 603-610.
  • Liritzis I., Guibert P., Foti F., Schvoerer M. (1997). „Templul lui Apollo (Delphi) întărește metoda nouă de datare a termoluminiscenței”. Geoarheologie . 12 (5): 479–496. doi : 10.1002 / (sici) 1520-6548 (199708) 12: 5 <479 :: aid-gea3> 3.0.co; 2-x .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Liritzis I (2010). „Strofilas (Insula Andros, Grecia): noi dovezi ale neoliticului final cicladic datat de luminescență nouă și metode de hidratare a obsidianului”. Journal of Archaeological Science . 37 : 1367–1377. doi : 10.1016 / j.jas.2009.12.041 .
  • Liritzis I., Sideris C., Vafiadou A., Mitsis J. (2008). „Aspecte mineralogice, petrologice și de radioactivitate ale unor materiale de construcție din monumentele Egiptului Vechiului Regat”. Jurnalul Patrimoniului Cultural . 9 (1): 1-13. doi : 10.1016 / j.culher.2007.03.009 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Morgenstein ME, Luo S., Ku TL, Feathers J. (2003). „Seria de uraniu și datarea luminiscenței artefactelor litice vulcanice”. Arheometrie . 45 (3): 503-518. doi : 10.1111 / 1475-4754.00124 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Rhodes EJ (2011). „Datarea luminiscenței stimulată optic a sedimentelor din ultimii 200.000 de ani”. Revizuirea anuală a Pământului și a științelor planetare . 39 : 461–488. Bibcode : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146 / annurev-earth-040610-133425 .
  • Roberts RG, Jacobs Z., Li B., Jankowski NR, Cunningham AC, Rosenfeld AB (2015). „Datarea optică în arheologie: treizeci de ani în retrospectivă și mari provocări pentru viitor” . Journal of Archaeological Science . 56 : 41–60. doi : 10.1016 / j.jas.2015.02.028 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Theocaris PS, Liritzis I., Galloway RB (1997). „Întâlnirea a două piramide elenice printr-o nouă aplicare a termoluminiscenței”. Journal of Archaeological Science . 24 (5): 399-405. doi : 10.1006 / jasc.1996.0124 .CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Wintle AG, Murray AS (2006). "O revizuire a caracteristicilor de luminiscență stimulate optic de cuarț și relevanța lor în protocoalele de datare cu regenerare cu o singură alicotă". Măsurători de radiații 41, 369-391 . 41 (4): 369. Bibcode : 2006RadM ... 41..369W . doi : 10.1016 / j.radmeas.2005.11.001 .
  • Montret, M., Fain, J., Miallier, D. (1992). „Întâlniri TL în Holocen folosind TL roșu din cuarț” (PDF) . TL vechi 10 . 10 : 33–36.CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )
  • Fattahi M., Stokes S. (2001). „Extinderea intervalului de timp al datării luminescenței folosind TL roșu (RTL) din cuarț vulcanic”. Măsurători de radiații . 32 (5-6): 479-485. doi : 10.1016 / S1350-4487 (00) 00105-0 .