Luminiscenčné zoznamovanie

Kozmická metóda archeologického datovania

Pravé obrázky ukazujú, že fluorit žiari po zahriatí na varnej platni.

Mauswiesel / CCTV / Wikimedia Commons

Luminiscenčné datovanie (vrátane termoluminiscencie a opticky stimulovanej luminiscencie) je typ metodológie datovania, ktorá meria množstvo svetla vyžarovaného z energie uloženej v určitých typoch hornín a odvodených pôd, aby sa získal absolútny dátum pre konkrétnu udalosť, ku ktorej došlo v minulosti. Metóda je priama datovacia technika , čo znamená, že množstvo emitovanej energie je priamym výsledkom meranej udalosti. Ešte lepšie, na rozdiel od rádiokarbónové datovanie , miera datovania efektu luminiscencie sa časom zvyšuje. V dôsledku toho neexistuje horná hranica dátumu stanovená citlivosťou samotnej metódy, aj keď iné faktory môžu obmedziť uskutočniteľnosť metódy.

Ako funguje Luminiscenčné datovanie

Dve formy luminiscenčného datovania používajú archeológovia na datovanie udalostí v minulosti: termoluminiscencia (TL) alebo tepelne stimulovaná luminiscencia (TSL), ktorá meria energiu emitovanú po vystavení objektu teplotám medzi 400 a 500 °C; a opticky stimulovaná luminiscencia (OSL), ktorá meria energiu emitovanú po vystavení objektu dennému svetlu.

Zjednodušene povedané, určité minerály (kremeň, živec a kalcit) ukladajú energiu zo slnka známou rýchlosťou. Táto energia je uložená v nedokonalých mriežkach kryštálov minerálu. Zahrievanie týchto kryštálov (ako keď a hrnčiarska nádoba sa vypáli alebo keď sa zohrievajú horniny) vyprázdni uloženú energiu a po tomto čase minerál začne energiu opäť absorbovať.

TL datovanie je záležitosťou porovnania energie uloženej v kryštáli s tým, čo by tam „malo“ byť, čím sa získa dátum posledného ohrevu. Rovnakým spôsobom, viac-menej, datovanie OSL (opticky stimulovaná luminiscencia) meria, kedy bol objekt naposledy vystavený slnečnému žiareniu. Luminiscenčné datovanie je dobré na niekoľko stoviek až (aspoň) niekoľko stoviek tisíc rokov, vďaka čomu je oveľa užitočnejšie ako uhlíkové datovanie.

Význam luminiscencie

Termín luminiscencia sa vzťahuje na energiu vyžarovanú ako svetlo z minerálov, ako je kremeň a živec po tom, čo boli vystavení an ionizujúce žiarenie nejakého druhu. Minerály – a vlastne všetko na našej planéte – sú vystavené kozmického žiarenia : luminiscenčné datovanie využíva skutočnosť, že určité minerály zhromažďujú a uvoľňujú energiu z tohto žiarenia za špecifických podmienok.

Dve formy luminiscenčného datovania používajú archeológovia na datovanie udalostí v minulosti: termoluminiscencia (TL) alebo tepelne stimulovaná luminiscencia (TSL), ktorá meria energiu emitovanú po vystavení objektu teplotám medzi 400 a 500 °C; a opticky stimulovaná luminiscencia (OSL), ktorá meria energiu emitovanú po vystavení objektu dennému svetlu.

Kryštalické horninové typy a pôdy zbierajú energiu z rádioaktívneho rozpadu kozmického uránu, tória a draslíka-40. Elektróny z týchto látok sa zachytia v kryštalickej štruktúre minerálu a pokračujúce vystavenie hornín týmto prvkom v priebehu času vedie k predvídateľnému zvýšeniu počtu elektrónov zachytených v matriciach. Ale keď je hornina vystavená dostatočne vysokým úrovniam tepla alebo svetla, táto expozícia spôsobí vibrácie v minerálnych mriežkach a zachytené elektróny sa uvoľnia. Vystavenie rádioaktívnym prvkom pokračuje a minerály začínajú opäť ukladať voľné elektróny do svojich štruktúr. Ak môžete zmerať rýchlosť získavania uloženej energie, môžete zistiť, ako dlho uplynulo od vystavenia.

Materiály geologického pôvodu budú absorbovať značné množstvo žiarenia od svojho vzniku, takže akékoľvek vystavenie teplu alebo svetlu spôsobenému človekom vynuluje hodiny luminiscencie oveľa novšie, pretože bude zaznamenaná iba energia uložená od udalosti.

Meranie uloženej energie

Spôsob, akým meriate energiu uloženú v objekte, o ktorom očakávate, že bol v minulosti vystavený teplu alebo svetlu, je opätovná stimulácia tohto objektu a meranie množstva uvoľnenej energie. Energia uvoľnená stimuláciou kryštálov je vyjadrená vo svetle (luminiscencia). Intenzita modrého, zeleného alebo infračerveného svetla, ktoré sa vytvára, keď je objekt stimulovaný, je úmerná počtu elektrónov uložených v štruktúre minerálu a tieto svetelné jednotky sú následne prevedené na dávkové jednotky.

Rovnice, ktoré vedci používajú na určenie dátumu poslednej expozície, sú zvyčajne:

• Vek = celková luminiscencia/ročná miera získania luminiscencie, príp
• Vek = paleodóza (De)/ročná dávka (DT)

Kde De je laboratórna beta dávka, ktorá indukuje rovnakú intenzitu luminiscencie vo vzorke emitovanej prirodzenou vzorkou, a DT je ​​ročný dávkový príkon pozostávajúci z niekoľkých zložiek žiarenia, ktoré vznikajú pri rozpade prírodných rádioaktívnych prvkov.

Dátové udalosti a objekty

Medzi artefakty, ktoré možno datovať týmito metódami, patrí pálená keramikalitika, pálené tehly a zemina z ohnísk (TL) a nespálené kamenné povrchy, ktoré boli vystavené svetlu a následne zakopané (OSL).

• Keramika : Predpokladá sa, že posledný ohrev nameraný v črepoch keramiky predstavuje výrobnú udalosť; signál vzniká z kremeňa alebo živca v hline alebo iných temperovacích prísad. Hoci hrnčiarske nádoby môžu byť počas varenia vystavené teplu, varenie nikdy nie je na dostatočnej úrovni na to, aby sa luminiscenčné hodiny vynulovali. TL datovanie bolo použité na určenie veku Údolie Indus civilizačné okupácie, ktoré sa ukázali ako odolné voči rádiokarbónovému datovaniu kvôli miestnej klíme. Luminiscenciu možno použiť aj na určenie pôvodnej teploty vypaľovania.
• Lithics : Surovina ako pazúriky a droby boli datované TL; rozpukanú horninu z ohnísk možno datovať aj TL, pokiaľ boli vypálené na dostatočne vysoké teploty. Resetovací mechanizmus je primárne vyhrievaný a pracuje s predpokladom, že surový kamenný materiál bol tepelne spracovaný pri výrobe kamenného nástroja. Tepelné spracovanie však bežne zahŕňa teploty medzi 300 a 400 °C, ktoré nie sú vždy dostatočne vysoké. Najväčší úspech z TL dátumov na štiepaných kamenných artefaktoch pravdepodobne pochádza z udalostí, keď boli uložené do krbu a náhodne vypálené.
• Povrchy budov a stien : Pochované prvky stojacich múrov archeologických ruín boli datované pomocou opticky stimulovanej luminiscencie; odvodený dátum udáva vek pochovania povrchu. Inými slovami, dátum OSL na základovej stene budovy je posledným časom, kedy bol základ vystavený svetlu predtým, ako bol použitý ako počiatočné vrstvy v budove, a teda kedy bola budova prvýkrát postavená.
• Iní : Určitý úspech sa dosiahol pri datovaní predmetov, ako sú kostené nástroje, tehly, malta, mohyly a poľnohospodárske terasy. Staroveká troska, ktorá zostala z ranej výroby kovov, bola tiež datovaná pomocou TL, ako aj absolútnym datovaním fragmentov pecí alebo vitrifikovaných výmuroviek pecí a téglikov.

Geológovia použili OSL a TL na vytvorenie dlhých log chronológií krajín; luminiscenčné datovanie je mocný nástroj, ktorý pomáha datovať sentimenty datované do štvrtohôr a oveľa skorších období.

História vedy

Termoluminiscencia bola prvýkrát jasne opísaná v dokumente predloženom Kráľovskej spoločnosti (Británia) v roku 1663 Robert Boyle , ktorý opísal účinok v diamante, ktorý bol zahriaty na telesnú teplotu. Možnosť využitia TL uložených vo vzorke minerálu alebo keramiky bola prvýkrát navrhnutá chemikom Farrington Daniels v 50. rokoch 20. storočia. Počas 60. a 70. rokov Oxfordská univerzita Výskumné laboratórium pre archeológiu a dejiny umenia viedol k rozvoju TL ako metódy datovania archeologických materiálov.

Zdroje

Tvoria SL. 1989. Aplikácie a obmedzenia termoluminiscencie na dnešné kvartérne sedimenty. Kvartérna internacionála 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J a Maat P. 1988. Potenciál využitia termoluminiscencie doteraz pochovaných pôd sa vyvinul na koluviálnych a fluviálnych sedimentoch z Utahu a Colorada, USA: Predbežné výsledky. Prehľady kvartérnej vedy 7(3-4):287-293.

Fraser JA a cena DM. 2013. Termoluminiscenčná (TL) analýza keramiky z Aplikovaná veda o hline 82:24-30. mohyly v Jordánsku: Používanie TL na integráciu funkcií mimo lokality do regionálnych chronológií.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zachary N a Lee S-H. 2013. . Luminiscenčné datovanie v archeológii, antropológii a geoarcheológii: prehľad Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Termoluminiscenčné datovanie v jeho aplikácii na archeológiu: prehľad. Journal of Archaeological Science 2(1):17-43.

Singhvi AK a Mejdahl V. 1985. Termoluminiscenčné datovanie sedimentov. Jadrové dráhy a merania žiarenia 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. Prehľad súčasného výskumu TL datovania spraše. Prehľady kvartérnej vedy 9(4):385-397.

Wintle AG a Huntley DJ. 1982. Termoluminiscenčné datovanie sedimentov. Kvartérne vedecké recenzie 1(1):31-53.