Luminescenčno datiranje

Kozmična metoda arheološkega datiranja

Na desni sliki je prikazan fluorit, ki sveti po segrevanju na grelni plošči.

Mauswiesel / CCTV / Wikimedia Commons

Luminescenčno datiranje (vključno s termoluminiscenco in optično stimulirano luminiscenco) je vrsta metodologije datiranja, ki meri količino svetlobe, oddane iz energije, shranjene v določenih vrstah kamnin in izpeljanih prsti, da se pridobi absolutni datum za določen dogodek, ki se je zgodil v preteklosti. Metoda je neposredna tehnika zmenkov , kar pomeni, da je količina oddane energije neposredna posledica dogodka, ki se meri. Še bolje, za razliko radiokarbonsko datiranje , se učinek luminiscenčnih meritev datiranja povečuje s časom. Posledično ni zgornje meje datuma, določene z občutljivostjo same metode, čeprav lahko drugi dejavniki omejijo izvedljivost metode.

Kako deluje luminiscenčno zmenkanje

Dve obliki luminiscenčnega datiranja uporabljajo arheologi za datiranje dogodkov v preteklosti: termoluminiscenco (TL) ali toplotno stimulirano luminiscenco (TSL), ki meri energijo, oddano po tem, ko je bil predmet izpostavljen temperaturam med 400 in 500 °C; in optično stimulirano luminiscenco (OSL), ki meri energijo, oddano po tem, ko je bil predmet izpostavljen dnevni svetlobi.

Preprosto povedano, nekateri minerali (kremen, glinenec in kalcit) shranjujejo energijo sonca z znano hitrostjo. Ta energija je shranjena v nepopolnih mrežah kristalov mineralov. Segrevanje teh kristalov (na primer pri a lončena posoda se žge ali ko se kamnine segrejejo) izprazni shranjeno energijo, po tem času začne mineral ponovno absorbirati energijo.

TL zmenki so stvar primerjave energije, shranjene v kristalu, s tisto, kar bi 'moralo' biti tam, s čimer pridemo do datuma zadnjega segrevanja. Na enak način, bolj ali manj, OSL (optično stimulirana luminiscenca) datiranje meri, kdaj je bil predmet zadnjič izpostavljen sončni svetlobi. Luminiscenčno datiranje je dobro za nekaj sto do (vsaj) nekaj sto tisoč let, zaradi česar je veliko bolj uporabno kot karbonsko datiranje.

Pomen luminiscence

Izraz luminiscenca se nanaša na energijo, ki jo kot svetloba oddajajo minerali, kot sta kremen in glinenec potem ko so bili izpostavljeni ionizirajoče sevanje neke vrste. Minerali – in pravzaprav vse na našem planetu – so izpostavljeni kozmično sevanje : luminiscenčno datiranje izkorišča dejstvo, da nekateri minerali tako zbirajo in sproščajo energijo iz tega sevanja pod določenimi pogoji.

Dve obliki luminiscenčnega datiranja uporabljajo arheologi za datiranje dogodkov v preteklosti: termoluminiscenco (TL) ali toplotno stimulirano luminiscenco (TSL), ki meri energijo, oddano po tem, ko je bil predmet izpostavljen temperaturam med 400 in 500 °C; in optično stimulirano luminiscenco (OSL), ki meri energijo, oddano po tem, ko je bil predmet izpostavljen dnevni svetlobi.

Vrste kristalnih kamnin in prsti zbirajo energijo iz radioaktivnega razpada kozmičnega urana, torija in kalija-40. Elektroni iz teh snovi se ujamejo v kristalno strukturo minerala in nadaljnja izpostavljenost kamnin tem elementom skozi čas vodi do predvidljivega povečanja števila elektronov, ujetih v matrice. Ko pa je kamnina izpostavljena dovolj visokim ravnem toplote ali svetlobe, ta izpostavljenost povzroči vibracije v mineralnih mrežah in ujeti elektroni se sprostijo. Izpostavljenost radioaktivnim elementom se nadaljuje in minerali začnejo znova skladiščiti proste elektrone v svojih strukturah. Če lahko izmerite hitrost pridobivanja shranjene energije, lahko ugotovite, koliko časa je minilo od izpostavljenosti.

Materiali geološkega izvora bodo od njihovega nastanka absorbirali znatne količine sevanja, zato bo kakršna koli izpostavljenost toploti ali svetlobi, ki jo povzroči človek, ponastavila uro luminescence precej prej, saj bo zabeležena le energija, shranjena od dogodka.

Merjenje shranjene energije

Način, na katerega merite energijo, shranjeno v predmetu, za katerega pričakujete, da je bil v preteklosti izpostavljen toploti ali svetlobi, je, da ponovno stimulirate ta predmet in izmerite količino sproščene energije. Energija, ki se sprosti ob draženju kristalov, se izraža v svetlobi (luminiscenca). Intenzivnost modre, zelene ali infrardeče svetlobe, ki nastane, ko je predmet stimuliran, je sorazmerna s številom elektronov, shranjenih v strukturi minerala, te svetlobne enote pa se pretvorijo v odmerne enote.

Enačbe, ki jih znanstveniki uporabljajo za določitev datuma zadnje izpostavljenosti, so običajno:

• Starost = skupna luminiscenca/letna stopnja pridobivanja luminescence, oz
• Starost = paleodoza (De)/letni odmerek (DT)

Kjer je De laboratorijska doza beta, ki inducira enako intenzivnost luminiscence v vzorcu, ki jo oddaja naravni vzorec, DT pa letna hitrost doze, sestavljena iz več komponent sevanja, ki nastanejo pri razpadu naravnih radioaktivnih elementov.

Dogodki in predmeti, ki jih je mogoče datirati

Artefakti, ki jih je mogoče datirati s temi metodami, vključujejo keramiko, žganolitija, žgana opeka in zemlja z ognjišč (TL) ter nežgane kamnite površine, ki so bile izpostavljene svetlobi in nato zakopane (OSL).

• Lončarstvo : Najnovejše segrevanje, izmerjeno v črepinah lončenine, naj bi predstavljalo proizvodni dogodek; signal izhaja iz kremena ali glinenca v glini ali drugih dodatkov za kaljenje. Čeprav so lončene posode med kuhanjem lahko izpostavljene vročini, kuhanje nikoli ni na zadostni ravni, da bi ponastavili uro luminiscence. Datiranje TL je bilo uporabljeno za določitev starosti Dolina Inda civilizacijskih okupacij, ki so se zaradi lokalne klime izkazale za odporne na radiokarbonsko datiranje. Luminescenco lahko uporabimo tudi za določitev prvotne temperature žganja.
• Litika : Surovine, kot so kremenovi in ​​roženci, so datirani s TL; v ognju razpokane kamnine iz kurišč je mogoče datirati tudi s TL, če so bile žgane na dovolj visokih temperaturah. Mehanizem ponastavitve je primarno ogrevan in deluje ob predpostavki, da je bil surovi kamniti material toplotno obdelan med izdelavo kamnitega orodja. Vendar toplotna obdelava običajno vključuje temperature med 300 in 400 °C, ki niso vedno dovolj visoke. Najboljši uspeh pri datumih TL na odkrušenih kamnitih artefaktih je verjetno iz dogodkov, ko so bili odloženi v ognjišče in po nesreči zažgani.
• Površine zgradb in sten : Vkopani elementi stoječih zidov arheoloških ruševin so datirani z uporabo optično stimulirane luminiscence; izpeljani datum zagotavlja starost pokopa površine. Z drugimi besedami, datum OSL na temeljni steni stavbe je zadnjič, ko je bil temelj izpostavljen svetlobi, preden je bil uporabljen kot začetni sloj v stavbi, in torej, ko je bila stavba prvič zgrajena.
• drugi : Nekaj ​​uspeha je bilo ugotovljeno pri datiranju predmetov, kot so koščena orodja, opeke, malta, gomile in kmetijske terase. Starodavna žlindra, ki je ostala pri zgodnji proizvodnji kovin, je bila prav tako datirana z uporabo TL, kot tudi z absolutnim datiranjem fragmentov peči ali vitrificiranih oblog peči in lončkov.

Geologi so uporabili OSL in TL za vzpostavitev dolgih kronologij pokrajin; luminescenčno datiranje je močno orodje za pomoč pri datiranju čustev iz kvartarja in mnogo prejšnjih obdobij.

Zgodovina znanosti

Termoluminiscenca je bila prvič jasno opisana v dokumentu, ki ga je leta 1663 predložil Kraljevi družbi (Britanija) Robert Boyle , ki je opisal učinek v diamantu, ki je bil segret na telesno temperaturo. Možnost uporabe TL, shranjenega v vzorcu mineralov ali keramike, je prvi predlagal kemik Farrington Daniels leta 1950. V šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je Univerza v Oxfordu Raziskovalni laboratorij za arheologijo in umetnostno zgodovino je vodil razvoj TL kot metode datiranja arheoloških materialov.

Viri

Tvorijo SL. 1989. Uporaba in omejitve termoluminiscence za datiranje kvartarnih sedimentov. Quaternary International 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J in Maat P. 1988. Potencial uporabe termoluminiscence do danes zakopanih tal, razvitih na koluvialnih in rečnih sedimentih iz Utaha in Kolorada, ZDA: predhodni rezultati. Quaternary Science Reviews 7(3-4):287-293.

Fraser JA in Price DM. 2013. Termoluminiscenčna (TL) analiza keramike iz Uporabna znanost o glini 82:24-30. Cairns v Jordaniji: uporaba TL za integracijo zunanjih elementov v regionalne kronologije.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zachary N in Lee S-H. 2013. . Luminiscenčno datiranje v arheologiji, antropologiji in geoarheologiji: pregled Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Termoluminiscenčno datiranje v njegovi uporabi v arheologiji: pregled. Journal of Archaeological Science 2 (1): 17-43.

Singhvi AK in Mejdahl V. 1985. Termoluminiscenčno datiranje sedimentov. Jedrske sledi in meritve sevanja 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. Pregled trenutnih raziskav TL datacije lesa. Quaternary Science Reviews 9(4):385-397.

Wintle AG in Huntley DJ. 1982. Termoluminiscenčno datiranje sedimentov. Quaternary Science Reviews 1 (1): 31-53.