Luminescentie Dating

Luminescentiedatering (inclusief thermoluminescentie en optisch gestimuleerde luminescentie) is een soort dateringsmethode die de hoeveelheid licht meet die wordt uitgestraald door energie die is opgeslagen in bepaalde gesteentetypes en afgeleide bodems om een absolute datum te verkrijgen voor een specifieke gebeurtenis die zich in het verleden heeft voorgedaan. De methode is een directe dateringstechniek, wat betekent dat de hoeveelheid uitgestoten energie een direct resultaat is van de gebeurtenis die wordt gemeten. Beter nog, in tegenstelling tot datering met koolwaterstoffen, neemt het effect van luminescentiedatering toe met de tijd. Als gevolg hiervan is er geen bovengrens bepaald door de gevoeligheid van de methode zelf, hoewel andere factoren de haalbaarheid van de methode kunnen beperken.

Hoe Luminescentie Dating werkt

Archeologen gebruiken twee vormen van luminescentiedatering om gebeurtenissen in het verleden te dateren: thermoluminescentie (TL) of thermisch gestimuleerde luminescentie (TSL), die de energie meet die wordt uitgestraald nadat een object is blootgesteld aan temperaturen tussen 400 en 500 ° C; en optisch gestimuleerde luminescentie (OSL), die de gemeten energie meet nadat een object is blootgesteld aan daglicht.

Simpel gezegd, bepaalde mineralen (kwarts, veldspaat en calciet) slaan energie van de zon op met een bekende snelheid. Deze energie zit vast in de imperfecte roosters van de kristallen van het mineraal. Door deze kristallen te verwarmen (bijvoorbeeld wanneer een aardewerkvat wordt gebakken of wanneer stenen worden verwarmd) wordt de opgeslagen energie geleegd, waarna het mineraal weer energie begint te absorberen.

TL-dating is een kwestie van het vergelijken van de energie die is opgeslagen in een kristal met wat "zou moeten zijn", waardoor een datum van de laatste verhitting wordt bedacht. Op dezelfde manier, min of meer, meet OSL (optisch gestimuleerde luminescentie) datering de laatste keer dat een object werd blootgesteld aan zonlicht. Luminescentiedatering is goed voor een paar honderd tot (minstens) enkele honderdduizend jaar, waardoor het veel nuttiger is dan koolstofdatering.

De betekenis van luminescentie

De term luminescentie verwijst naar de energie die wordt uitgestraald als licht van mineralen zoals kwarts en veldspaat nadat ze zijn blootgesteld aan een soort ioniserende straling. Mineralen - en eigenlijk alles op onze planeet - worden blootgesteld aan kosmische straling: luminescentiedatering maakt gebruik van het feit dat bepaalde mineralen zowel onder die omstandigheden energie verzamelen en afgeven onder specifieke omstandigheden.

Kristallijne gesteentetypes en bodems verzamelen energie uit het radioactieve verval van kosmisch uranium, thorium en kalium-40. Elektronen van deze stoffen raken gevangen in de kristallijne structuur van het mineraal en voortdurende blootstelling van de rotsen aan deze elementen in de loop van de tijd leidt tot een voorspelbare toename van het aantal elektronen dat in de matrices wordt gevangen. Maar wanneer de rots wordt blootgesteld aan voldoende hoge niveaus van hitte of licht, veroorzaakt die blootstelling trillingen in de minerale roosters en worden de gevangen elektronen bevrijd. De blootstelling aan radioactieve elementen gaat door en de mineralen beginnen opnieuw vrije elektronen in hun structuren op te slaan. Als u de opnamesnelheid van de opgeslagen energie kunt meten, kunt u achterhalen hoe lang het geleden is dat de blootstelling plaatsvond.

Materialen van geologische oorsprong hebben sinds hun vorming aanzienlijke hoeveelheden straling geabsorbeerd, dus elke door de mens veroorzaakte blootstelling aan hitte of licht zal de luminescentieklok aanzienlijk recenter resetten dan dat, omdat alleen de opgeslagen energie sinds de gebeurtenis wordt opgenomen.

Opgeslagen energie meten

De manier waarop u de energie meet die is opgeslagen in een object waarvan u verwacht dat het in het verleden is blootgesteld aan warmte of licht, is dat object opnieuw te stimuleren en de hoeveelheid vrijgekomen energie te meten. De energie die vrijkomt door het stimuleren van de kristallen wordt uitgedrukt in licht (luminescentie). De intensiteit van blauw, groen of infrarood licht dat wordt gecreëerd wanneer een object wordt gestimuleerd, is evenredig met het aantal elektronen dat is opgeslagen in de structuur van het mineraal en op hun beurt worden die lichteenheden omgezet in dosiseenheden.

De vergelijkingen die wetenschappers gebruiken om de datum te bepalen waarop de laatste blootstelling plaatsvond, zijn meestal:

Leeftijd = totale luminescentie / jaarlijkse snelheid van luminescentie-acquisitie, of
Leeftijd = paleodose (De) / jaarlijkse dosis (DT)

Waar De de bèta-dosis in het laboratorium is die dezelfde luminescentie-intensiteit induceert in het monster dat wordt uitgestoten door het natuurlijke monster, en DT de jaarlijkse dosis is die bestaat uit verschillende stralingscomponenten die ontstaan in het verval van natuurlijke radioactieve elementen.

Datable evenementen en objecten

Artefacten die met deze methoden kunnen worden gedateerd, zijn keramiek, gebrande litho's, gebrande bakstenen en grond van haarden (TL) en onverbrande stenen oppervlakken die werden blootgesteld aan licht en vervolgens begraven (OSL).

Pottenbakkerij: De meest recente verhitting gemeten in aardewerkscherven wordt verondersteld het fabricage-evenement te vertegenwoordigen; het signaal komt voort uit kwarts of veldspaat in de klei of andere ontlaten additieven. Hoewel potten van aardewerk tijdens het koken aan hitte kunnen worden blootgesteld, is het koken nooit op voldoende niveaus om de luminescentieklok te resetten. TL-datering werd gebruikt om de leeftijd van beschavingsberoepen in de Indus-vallei te bepalen, die vanwege het lokale klimaat bestand waren tegen datering met koolwaterstoffen. Luminescentie kan ook worden gebruikt om de oorspronkelijke baktemperatuur te bepalen.
stenen voorwerpen: Grondstoffen zoals vuurstenen en cherts zijn gedateerd door TL; door vuur gekraakt gesteente uit haarden kan ook worden gedateerd door TL zolang ze op voldoende hoge temperaturen worden gebakken. Het resetmechanisme wordt hoofdzakelijk verwarmd en gaat ervan uit dat het ruwe steenmateriaal tijdens de vervaardiging van stenen werktuigen met warmte is behandeld. Warmtebehandeling omvat normaal gesproken temperaturen tussen 300 en 400 ° C, niet altijd voldoende hoog genoeg. Het beste succes van TL-dadels op afgebroken stenen artefacten is waarschijnlijk van gebeurtenissen toen ze in een haard werden neergezet en per ongeluk werden afgevuurd.
Oppervlakken van gebouwen en muren: De begraven elementen van staande muren van archeologische ruïnes zijn gedateerd met behulp van optisch gestimuleerde luminescentie; de afgeleide datum geeft de leeftijd van begraven van het oppervlak. Met andere woorden, de OSL-datum op een funderingsmuur van een gebouw is de laatste keer dat de fundering werd blootgesteld aan licht voordat deze werd gebruikt als de eerste lagen in een gebouw, en dus toen het gebouw voor het eerst werd gebouwd.
anderen: Er is enig succes gevonden met datingobjecten zoals botgereedschap, bakstenen, mortel, terpen en landbouwterrassen. Oude slakken die overblijven van de vroege metaalproductie zijn ook gedateerd met behulp van TL, evenals absolute datering van ovenfragmenten of verglaasde voeringen van ovens en smeltkroezen.

Geologen hebben OSL en TL gebruikt om lange, log chronologieën van landschappen vast te stellen; luminescentiedaten is een krachtig hulpmiddel om sentimentele dateringen uit het Quartair en veel eerdere periodes te dateren.

Geschiedenis van de wetenschap

Thermoluminescentie werd voor het eerst duidelijk beschreven in een artikel dat in 1663 werd voorgelegd aan de Royal Society (van Groot-Brittannië), door Robert Boyle, die het effect beschreef in een diamant die tot lichaamstemperatuur was opgewarmd. De mogelijkheid om gebruik te maken van TL opgeslagen in een monster van mineralen of aardewerk werd voor het eerst voorgesteld door chemicus Farrington Daniels in de jaren vijftig. In de jaren zestig en zeventig leidde het Oxford University Research Laboratory for Archaeology and History of Art in de ontwikkeling van TL als methode voor het dateren van archeologische materialen.

bronnen

Forman SL. 1989. Toepassingen en beperkingen van thermoluminescentie tot op heden quaternaire sedimenten. Quaternary International 1: 47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J en Maat P. 1988. Het potentieel van het gebruik van thermoluminescentie tot op heden begraven bodems ontwikkeld op colluviale en fluviale sedimenten uit Utah en Colorado, VS: voorlopige resultaten. Quaternary Science beoordelingen 7 (3-4): 287-293.

Fraser JA en Price DM. 2013. Een thermoluminescentie (TL) analyse van keramiek uit Applied Clay Science 82: 24-30.cairns in Jordanië: TL gebruiken om off-site-functies te integreren in regionale chronologieën.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N en Li S-H. 2013. .Luminescentie Daten in archeologie, antropologie en geo-archeologie: een overzicht Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Thermoluminescente datering in haar toepassing op archeologie: een overzicht. Journal of Archaeological Science 2 (1): 17-43.

Singhvi AK en Mejdahl V. 1985. Thermoluminescentie datering van sedimenten. Nucleaire sporen en stralingsmetingen 10 (1-2): 137-161.

Wintle AG. 1990. Een overzicht van huidig onderzoek naar TL-datering van löss. Quaternary Science beoordelingen 9 (4): 385-397.

Wintle AG en Huntley DJ. 1982. Thermoluminescentie datering van sedimenten. Quaternary Science beoordelingen 1 (1): 31-53.

Wetenschap