Luminescens dating

Luminescensdatering hänvisar till en grupp metoder för att bestämma hur länge sedan mineralkorn senast exponerades för solljus eller tillräcklig uppvärmning. Det är användbart för geologer och arkeologer som vill veta när en sådan händelse inträffade. Den använder olika metoder för att stimulera och mäta luminescens .

Det inkluderar tekniker som optiskt stimulerad luminescens (OSL), infraröd stimulerad luminescens (IRSL) och termoluminescensdatering (TL). "Optisk datering" syftar vanligtvis på OSL och IRSL, men inte TL.

Villkor och noggrannhet

Alla sediment och jordar innehåller spårmängder av radioaktiva isotoper av element som kalium , uran , torium och rubidium . Dessa sönderfaller långsamt med tiden och den joniserande strålningen de producerar absorberas av mineralkorn i sedimenten som kvarts och kaliumfältspat . Strålningen gör att laddning stannar kvar inom kornen i strukturellt instabila "elektronfällor". Den fångade laddningen ackumuleras över tiden med en hastighet som bestäms av mängden bakgrundsstrålning på platsen där provet begravdes. Stimulering av dessa mineralkorn med användning av antingen ljus (blått eller grönt för OSL; infrarött för IRSL) eller värme (för TL) orsakar att en luminescenssignal sänds ut när den lagrade instabila elektronenergin frigörs, vars intensitet varierar beroende på mängden strålning som absorberas under begravning och specifika egenskaper hos mineralet.

De flesta luminescensdateringsmetoder förlitar sig på antagandet att mineralkornen var tillräckligt "blekta" vid tidpunkten för händelsen att dateras. Till exempel, i kvarts är en kort dagsljusexponering i intervallet 1–100 sekunder före begravning tillräcklig för att effektivt "återställa" OSL-dateringsklockan. Detta är vanligtvis, men inte alltid, fallet med eoliska avlagringar, såsom sanddyner och löss , och vissa vattenlagda avlagringar. Single Quartz OSL-ålder kan typiskt bestämmas från 100 till 350 000 år BP, och kan vara tillförlitliga när lämpliga metoder används och korrekta kontroller görs. Fältspat IRSL-tekniker har potential att utöka det daterbara intervallet till en miljon år eftersom fältspat vanligtvis har betydligt högre dosmättnadsnivåer än kvarts, även om problem med onormal blekning måste åtgärdas först. Åldrar kan erhållas utanför dessa intervall, men de bör betraktas med försiktighet. Osäkerheten för ett OSL-datum är vanligtvis 5-10 % av åldern på provet.

Det finns två olika metoder för OSL-datering: multipel-alikvot-dos och enkel-alikvot-regenerativ-dos (SAR). Vid testning av flera alikvoter stimuleras ett antal sandkorn samtidigt och medelvärdet av den resulterande luminescenssignaturen beräknas. Problemet med denna teknik är att operatören inte känner till de individuella siffrorna som medelvärdesberäknas, så om det finns delvis förblekta korn i provet kan det ge en överdriven ålder. I motsats till metoden med multipla alikvoter testar SAR-metoden begravningsåldern för enskilda sandkorn som sedan plottas. Blandade fyndigheter kan identifieras och beaktas vid bestämning av ålder.

Historia

Konceptet med att använda luminescensdatering i arkeologiska sammanhang föreslogs första gången 1953 av Farrington Daniels, Charles A. Boyd och Donald F. Saunders, som trodde att termoluminescensresponsen hos keramikskärvor kunde datera den sista förekomsten av uppvärmning. Experimentella tester på arkeologisk keramik följde några år senare 1960 av Grögler et al. Under de närmaste decennierna fokuserades termoluminescensforskningen på uppvärmd keramik och keramik, brända flintor, bakade härdsediment, ugnsstenar från brända högar och andra uppvärmda föremål.

År 1963, Aitken et al. noterade att TL-fällor i kalcit kunde blekas av såväl solljus som värme, och 1965 var Shelkoplyas och Morozov de första att använda TL för att datera ouppvärmda sediment. Under hela 70-talet och början av 80-talet blev TL-datering av ljuskänsliga fällor i geologiska sediment av både land- och marint ursprung mer utbredd.

Optisk datering med Optiskt stimulerad luminescens (OSL) utvecklades 1984 av David Huntley och kollegor. Hutt et al. lade grunden för infrarödstimulerad luminescens (IRSL) datering av kaliumfältspat 1988. Den traditionella OSL-metoden bygger på optisk stimulering och överföring av elektroner från en fälla till hål på andra ställen i gittret – vilket nödvändigtvis kräver att två defekter finns i närheten. närhet, och därför är det en destruktiv teknik. Problemet är att närliggande elektron-/hålfångningscentra lider av lokaliserad tunnling, vilket utrotar deras signal med tiden; det är denna fråga som för närvarande definierar den övre åldersgränsen för OSL-dejting

utvidgades principerna bakom optisk datering och termoluminescensdatering till att omfatta ytor gjorda av granit, basalt och sandsten, såsom huggen sten från fornminnen och artefakter. Ioannis Liritzis , initiativtagaren till antika byggnaders luminescensdatering, har visat detta i flera fall av olika monument.

Fysik

Luminescensdatering är en av flera tekniker där en ålder beräknas enligt följande:

ålder = (total absorberad stråldos) / (stråldoshastighet)

Stråldoshastigheten beräknas från mätningar av de radioaktiva elementen (K, U, Th och Rb) i provet och dess omgivningar och stråldoshastigheten från kosmisk strålning . Doshastigheten ligger vanligtvis i intervallet 0,5 - 5 gråtoner /1000 år. Den totala absorberade stråldosen bestäms genom att excitera, med lätta, specifika mineraler (vanligtvis kvarts eller kaliumfältspat ) som extraheras från provet, och mäta mängden ljus som emitteras som ett resultat. Fotonerna i det emitterade ljuset måste ha högre energier än excitationsfotonerna för att undvika mätning av vanlig fotoluminescens . Ett prov där alla mineralkornen har exponerats för tillräckligt med dagsljus (sekunder för kvarts; hundratals sekunder för kaliumfältspat) kan sägas vara nollålder; när den är exciterad kommer den inte att avge några sådana fotoner. Ju äldre provet är, desto mer ljus avger det, upp till en mättnadsgräns.

Mineraler

De mineraler som mäts är vanligtvis antingen kvarts- eller kaliumfältspatssandstora korn, eller osparerade siltstora korn. Det finns fördelar och nackdelar med att använda var och en. För kvarts används normalt blå eller gröna excitationsfrekvenser och den nära ultravioletta emissionen mäts. För korn av kaliumfältspat eller siltstorlek används normalt nära infraröd excitation (IRSL) och violetta emissioner mäts.

Jämförelse med radiokoldatering

Till skillnad från kol-14-datering kräver luminescensdateringsmetoder inte att en samtida organisk komponent av sedimentet dateras; bara kvarts, kaliumfältspat eller vissa andra mineralkorn som har blivit helt blekt under evenemanget som dateras. Dessa metoder lider inte heller av överskattning av datum då sedimentet i fråga har blandats med "gammalt kol", eller ¹⁴
C -brist kol som inte har samma isotopkvot som atmosfären. I en studie av kronologin för lakustrina sediment i torra zoner från Lake Ulaan i södra Mongoliet , Lee et al. upptäckte att OSL och radiokoldatum stämde överens i vissa prover, men radiokoldatumen var upp till 5800 år äldre i andra.

Sedimenten med olika åldrar fastställdes vara avsatta genom eoliska processer. Västliga vindar gav ett inflöde av ¹⁴
C -brist kol från angränsande jordar och paleozoiska karbonatstenar, en process som också är aktiv idag. Detta omarbetade kol förändrade de uppmätta isotopförhållandena, vilket gav en falsk äldre ålder. Det vindblåsta ursprunget för dessa sediment var dock idealiskt för OSL-datering, eftersom de flesta kornen skulle ha blivit helt blekt av solljusexponering under transport och begravning. Lee et al. drog slutsatsen att när man misstänker transport av eoliska sediment, särskilt i sjöar i torra miljöer, är OSL-dateringsmetoden överlägsen radiokoldateringsmetoden, eftersom den eliminerar ett vanligt "gammalt kol"-felproblem.

Andra användningsområden

En av fördelarna med luminescensdatering är att den kan användas för att bekräfta äktheten av en artefakt. Under lämpliga svaga ljusförhållanden kan ett prov i tiotals milligram användas.

Åldersgrupp

Åldersintervallet för Luminescens-dateringsmetoder sträcker sig från några år (Montret et al., 1992) till över en miljon år (Fattahi M., Stokes S., 2001).

Anteckningar

•   Aitken, MJ (1998). En introduktion till optisk datering: dateringen av kvartära sediment genom användning av fotonstimulerad luminescens . Oxford University Press. ISBN 0-19-854092-2
• Greilich S., Glasmacher UA, Wagner GA (2005). "Optisk datering av granitiska stenytor". Arkeometri . 47 (3): 645–665. doi : 10.1111/j.1475-4754.2005.00224.x . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Habermann J., Schilles T., Kalchgruber R., Wagner GA (2000). "Steg mot ytdatering med luminescens". Strålningsmätningar . 32 (5): 847–851. Bibcode : 2000RadM...32..847H . doi : 10.1016/s1350-4487(00)00066-4 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Liritzis I (1994). "En ny dateringsmetod genom termoluminescens av huggen megalitisk stenbyggnad". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série II . 319 (5): 603–610.
• Liritzis I., Guibert P., Foti F., Schvoerer M. (1997). "Apollontemplet (Delphi) stärker den nya termoluminescensdateringsmetoden". Geoarkeologi . 12 (5): 479–496. doi : 10.1002/(sici)1520-6548(199708)12:5<479::aid-gea3>3.0.co;2-x . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Liritzis I (2010). "Strofilas (Andros Island, Grekland): Nytt bevis på kykladisk slutneolitikum daterat med nya luminescens- och Obsidian-hydreringsmetoder". Journal of Archaeological Science . 37 : 1367-1377. doi : 10.1016/j.jas.2009.12.041 .
• Liritzis I., Sideris C., Vafiadou A., Mitsis J. (2008). "Mineralologiska, petrologiska och radioaktivitetsaspekter av en del byggnadsmaterial från monument i det egyptiska Gamla kungariket". Tidskrift för kulturarv . 9 (1): 1–13. doi : 10.1016/j.culher.2007.03.009 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Morgenstein ME, Luo S., Ku TL, Feathers J. (2003). "Uran-serier och luminescensdatering av vulkaniska litiska artefakter". Arkeometri . 45 (3): 503–518. doi : 10.1111/1475-4754.00124 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Rhodos EJ (2011). "Optiskt stimulerad luminescensdatering av sediment under de senaste 200 000 åren". Årlig översyn av jord- och planetvetenskaper . 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). "Optisk datering i arkeologi: trettio år i efterhand och stora utmaningar för framtiden" . Journal of Archaeological Science . 56 : 41–60. doi : 10.1016/j.jas.2015.02.028 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Theocaris PS, Liritzis I., Galloway RB (1997). "Datering av två grekiska pyramider genom en ny tillämpning av termoluminescens". Journal of Archaeological Science . 24 (5): 399–405. doi : 10.1006/jasc.1996.0124 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Wintle AG, Murray AS (2006). "En översyn av kvarts optiskt stimulerade luminescensegenskaper och deras relevans i enkel-alikvot regenereringsdateringsprotokoll". Strålningsmätningar . 41 (4): 369–391. Bibcode : 2006RadM...41..369W . doi : 10.1016/j.radmeas.2005.11.001 .
• Montret, M., Fain, J., Miallier, D. (1992). "TL-datering i holocen med röd TL från kvarts" (PDF) . Ancient TL 10 . 10 :33–36. {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
• Fattahi M., Stokes S. (2001). "Utöka tidsintervallet för luminescensdatering med röd TL (RTL) från vulkanisk kvarts". Strålningsmätningar . 32 (5–6): 479–485. doi : 10.1016/S1350-4487(00)00105-0 .