Luminescentiedatering

Een kosmische methode voor archeologische datering

Op de rechter afbeeldingen is te zien hoe fluoriet gloeit na verhitting op een kookplaat.

Mauswiesel / CCTV / Wikimedia Commons

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 gesteenten en afgeleide bodems om een ​​absolute datum te verkrijgen voor een specifieke gebeurtenis die in het verleden heeft plaatsgevonden. De methode is een directe dating techniek , wat betekent dat de hoeveelheid uitgestraalde energie een direct gevolg is van de gebeurtenis die wordt gemeten. Beter nog, in tegenstelling tot koolstofdatering , neemt het effect van luminescentiedatering toe met de tijd. Als gevolg hiervan is er geen maximale datumlimiet die wordt bepaald door de gevoeligheid van de methode zelf, hoewel andere factoren de haalbaarheid van de methode kunnen beperken.

Hoe luminescentiedatering werkt

Twee vormen van luminescentiedatering worden door archeologen gebruikt 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 energie meet die wordt uitgestraald nadat een object aan daglicht is blootgesteld.

Simpel gezegd, bepaalde mineralen (kwarts, veldspaat en calciet) slaan energie van de zon op met een bekende snelheid. Deze energie zit vast in de onvolmaakte roosters van de mineraalkristallen. Het verwarmen van deze kristallen (zoals wanneer a aardewerk vat wordt gestookt of wanneer stenen worden verwarmd) leegt de opgeslagen energie, waarna het mineraal weer energie begint te absorberen.

TL-datering is een kwestie van de energie die in een kristal is opgeslagen, vergelijken met wat er 'zou moeten' zijn, en zo een datum-van-laatst-verwarmd op de proppen komen. Op dezelfde manier, min of meer, meet OSL-datering (optisch gestimuleerde luminescentie) de laatste keer dat een object aan zonlicht werd blootgesteld. Luminescentiedatering is goed voor een paar honderd tot (minstens) enkele honderdduizenden jaren, 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 ioniserende straling van een soort. Mineralen - en eigenlijk alles op onze planeet - worden blootgesteld aan kosmische straling : luminescentiedatering maakt gebruik van het feit dat bepaalde mineralen onder bepaalde omstandigheden energie uit die straling verzamelen en afgeven.

Twee vormen van luminescentiedatering worden door archeologen gebruikt 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 energie meet die wordt uitgestraald nadat een object aan daglicht is blootgesteld.

Kristallijne gesteenten en bodems verzamelen energie van het radioactieve verval van kosmisch uranium, thorium en kalium-40. Elektronen van deze stoffen komen vast te zitten in de kristallijne structuur van het mineraal en de voortdurende blootstelling van de rotsen aan deze elementen leidt in de loop van de tijd tot voorspelbare toename van het aantal elektronen dat in de matrices wordt gevangen. Maar wanneer het gesteente wordt blootgesteld aan voldoende hoge niveaus van warmte of licht, veroorzaakt die blootstelling trillingen in de mineraalroosters en worden de gevangen elektronen bevrijd. De blootstelling aan radioactieve elementen gaat door en de mineralen beginnen opnieuw vrije elektronen op te slaan in hun structuren. Als u de mate van acquisitie van de opgeslagen energie kunt meten, kunt u erachter komen hoe lang het geleden is dat de blootstelling heeft plaatsgevonden.

Materialen van geologische oorsprong zullen sinds hun vorming aanzienlijke hoeveelheden straling hebben geabsorbeerd, dus elke door de mens veroorzaakte blootstelling aan warmte of licht zal de luminescentieklok aanzienlijk recenter resetten dan dat, aangezien alleen de energie die sinds de gebeurtenis is opgeslagen, zal worden geregistreerd.

Opgeslagen energie meten

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

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

• Leeftijd = totale luminescentie/jaarlijkse verwerving van luminescentie, of
• Leeftijd = paleodose (De)/jaarlijkse dosis (DT)

Waarbij De de bètadosis in het laboratorium is die dezelfde luminescentie-intensiteit induceert in het monster dat wordt uitgezonden door het natuurlijke monster, en DT het jaarlijkse dosistempo is dat bestaat uit verschillende componenten van straling die ontstaan ​​bij het verval van natuurlijke radioactieve elementen.

Dateerbare gebeurtenissen en objecten

Artefacten die met behulp van deze methoden kunnen worden gedateerd, zijn onder meer keramiek, verbrandlithics, verbrande bakstenen en aarde uit haarden (TL), en onverbrande stenen oppervlakken die werden blootgesteld aan licht en vervolgens begraven (OSL).

• Pottenbakkerij : De meest recente opwarming gemeten in aardewerkscherven wordt verondersteld de fabricagegebeurtenis te vertegenwoordigen; het signaal komt van kwarts of veldspaat in de klei of andere temperingsmiddelen. Hoewel potten van aardewerk tijdens het koken aan hitte kunnen worden blootgesteld, is het koken nooit op een voldoende niveau om de luminescentieklok opnieuw in te stellen. TL-dating werd gebruikt om de leeftijd van Indus Vallei beschavingsberoepen, die vanwege het plaatselijke klimaat resistent waren gebleken tegen koolstofdatering. Luminescentie kan ook worden gebruikt om de oorspronkelijke baktemperatuur te bepalen.
• Lithica : Grondstoffen zoals vuurstenen en hoornkiezels zijn door TL gedateerd; vuurgekraakt gesteente uit haarden kan ook worden gedateerd door TL zolang ze op voldoende hoge temperaturen zijn gebakken. Het resetmechanisme wordt voornamelijk verwarmd en werkt in de veronderstelling dat het ruwe steenmateriaal een warmtebehandeling heeft ondergaan tijdens de vervaardiging van stenen werktuigen. Bij warmtebehandeling gaat het echter normaal gesproken om temperaturen tussen 300 en 400°C, niet altijd voldoende hoog. Het beste succes van TL-datums op afgebroken stenen artefacten zijn waarschijnlijk van gebeurtenissen toen ze in een haard werden gedeponeerd 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 de begrafenis van het oppervlak. Met andere woorden, de OSL-datum op een funderingsmuur van een gebouw is de laatste keer dat die fundering werd blootgesteld aan licht voordat ze 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 bij het dateren van objecten zoals botgereedschap, bakstenen, mortel, terpen en landbouwterrassen. Oude slakken die zijn overgebleven van de productie van vroege metalen zijn ook gedateerd met TL, evenals absolute datering van ovenfragmenten of verglaasde bekledingen van ovens en smeltkroezen.

Geologen hebben OSL en TL gebruikt om lange, log-chronologieën van landschappen vast te stellen; luminescentiedatering is een krachtig hulpmiddel om sentimenten te dateren die dateren uit het Kwartair en veel eerdere perioden.

Geschiedenis van de wetenschap

Thermoluminescentie werd voor het eerst duidelijk beschreven in een paper dat in 1663 aan de Royal Society (of Britain) werd aangeboden, door Robert Boyle , die het effect beschreef in een diamant die was opgewarmd tot lichaamstemperatuur. De mogelijkheid om gebruik te maken van TL opgeslagen in een mineraal- of aardewerkmonster werd voor het eerst voorgesteld door chemicus Farrington Daniels in de jaren vijftig. In de jaren zestig en zeventig heeft de universiteit van Oxford Onderzoekslaboratorium voor Archeologie en Kunstgeschiedenis leidde tot de ontwikkeling van TL als een methode om archeologisch materiaal te dateren.

bronnen

Ze vormen SL. 1989. Toepassingen en beperkingen van thermoluminescentie tot op heden quaternaire sedimenten. Kwartair Internationaal 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J en Maat P. 1988. Het potentieel van het gebruik van thermoluminescentie heeft zich tot nu toe ontwikkeld op colluviale en fluviatiele sedimenten uit Utah en Colorado, VS: voorlopige resultaten. Kwartaire wetenschappelijke beoordelingen 7(3-4):287-293.

Fraser JA, en Prijs DM. 2013. Een thermoluminescentie (TL) analyse van keramiek uit Toegepaste kleiwetenschap 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, Zachary N en Lee SH. 2013. . Luminescentiedatering in archeologie, antropologie en geoarcheologie: een overzicht Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Thermoluminescente datering in de toepassing ervan op archeologie: een overzicht. Journal of Archeologische Wetenschap 2(1):17-43.

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

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

Wintle AG en Huntley DJ. 1982. Thermoluminescentiedatering van sedimenten. Kwartaire wetenschappelijke beoordelingen 1(1):31-53.