Lumineszenz-Datierung

Lumineszenzdatierung (einschließlich Thermolumineszenz und optisch stimulierter Lumineszenz) ist eine Datierungsmethode, die die Lichtmenge misst, die von in bestimmten Gesteinsarten und abgeleiteten Böden gespeicherter Energie abgegeben wird, um ein absolutes Datum für ein bestimmtes Ereignis in der Vergangenheit zu erhalten. Die Methode ist eine Direktdatierungstechnik, dh die emittierte Energiemenge ist ein direktes Ergebnis des gemessenen Ereignisses. Besser noch, im Gegensatz zur Radiokarbon-Datierung nimmt der Effekt der Lumineszenz-Datierung mit der Zeit zu. Infolgedessen gibt es keine durch die Empfindlichkeit der Methode selbst festgelegte obere Datumsgrenze, obwohl andere Faktoren die Durchführbarkeit der Methode einschränken können.

Wie Lumineszenzdatierung funktioniert

Zwei Formen der Lumineszenzdatierung werden von Archäologen verwendet, um Ereignisse in der Vergangenheit zu datieren: Thermolumineszenz (TL) oder thermisch stimulierte Lumineszenz (TSL), die die Energie misst, die abgegeben wird, nachdem ein Objekt Temperaturen zwischen 400 und 500 ° C ausgesetzt wurde; und optisch stimulierte Lumineszenz (OSL), die die Energie misst, die abgegeben wird, nachdem ein Objekt Tageslicht ausgesetzt wurde.

Vereinfacht gesagt, speichern bestimmte Mineralien (Quarz, Feldspat und Calcit) die Sonnenenergie mit einer bekannten Geschwindigkeit. Diese Energie steckt in den unvollkommenen Gittern der Mineralkristalle. Durch das Erhitzen dieser Kristalle (z. B. beim Brennen eines Töpfergefäßes oder beim Erhitzen von Steinen) wird die gespeicherte Energie entleert. Danach beginnt das Mineral wieder, Energie zu absorbieren.

Bei der TL-Datierung wird die in einem Kristall gespeicherte Energie mit der "sollte" dort verglichen, wodurch ein Datum der letzten Erwärmung ermittelt wird. Auf die gleiche Weise misst die OSL-Datierung (optisch stimulierte Lumineszenz) mehr oder weniger das letzte Mal, wenn ein Objekt dem Sonnenlicht ausgesetzt wurde. Die Lumineszenzdatierung ist für einige hundert bis (mindestens) mehrere hunderttausend Jahre geeignet und daher viel nützlicher als die Kohlenstoffdatierung.

Die Bedeutung der Lumineszenz

Der Begriff Lumineszenz bezieht sich auf die Energie, die als Licht von Mineralien wie Quarz und Feldspat emittiert wird, nachdem diese einer Art ionisierender Strahlung ausgesetzt wurden. Mineralien - und tatsächlich alles auf unserem Planeten - sind kosmischer Strahlung ausgesetzt: Die Lumineszenzdatierung nutzt die Tatsache, dass bestimmte Mineralien unter bestimmten Bedingungen Energie aus dieser Strahlung sammeln und abgeben.

Kristalline Gesteinsarten und Böden sammeln Energie aus dem radioaktiven Zerfall von kosmischem Uran, Thorium und Kalium-40. Elektronen aus diesen Substanzen werden in der Kristallstruktur des Minerals gefangen, und eine fortgesetzte Exposition der Gesteine gegenüber diesen Elementen über die Zeit führt zu einem vorhersagbaren Anstieg der Anzahl der in den Matrizen gefangenen Elektronen. Wenn das Gestein jedoch ausreichend Hitze oder Licht ausgesetzt wird, verursacht diese Exposition Vibrationen in den Mineralgittern und die eingefangenen Elektronen werden freigesetzt. Die Exposition gegenüber radioaktiven Elementen setzt sich fort und die Mineralien beginnen wieder, freie Elektronen in ihren Strukturen zu speichern. Wenn Sie die Erfassungsrate der gespeicherten Energie messen können, können Sie herausfinden, wie lange es her ist, seit die Belichtung stattgefunden hat.

Materialien geologischen Ursprungs haben seit ihrer Entstehung erhebliche Mengen an Strahlung absorbiert, so dass jede durch Menschen verursachte Exposition gegenüber Wärme oder Licht die Lumineszenzuhr erheblich früher zurücksetzt, da nur die seit dem Ereignis gespeicherte Energie aufgezeichnet wird.

Gespeicherte Energie messen

Die Art und Weise, wie Sie die in einem Objekt gespeicherte Energie messen, von der Sie erwarten, dass sie Wärme oder Licht ausgesetzt war, besteht darin, das Objekt erneut zu stimulieren und die freigesetzte Energiemenge zu messen. Die durch die Anregung der Kristalle freigesetzte Energie wird in Licht (Lumineszenz) ausgedrückt. Die Intensität von blauem, grünem oder infrarotem Licht, die bei der Stimulation eines Objekts erzeugt wird, ist proportional zur Anzahl der in der Mineralstruktur gespeicherten Elektronen, und diese Lichteinheiten werden wiederum in Dosiseinheiten umgewandelt.

Die Gleichungen, die von Wissenschaftlern verwendet werden, um das Datum zu bestimmen, an dem die letzte Exposition stattgefunden hat, sind typischerweise:

Alter = Gesamtlumineszenz / jährliche Lumineszenzerfassungsrate oder
Alter = Paläodosis (De) / Jahresdosis (DT)

Dabei ist De die Laborbeta-Dosis, die in der von der natürlichen Probe emittierten Probe die gleiche Lumineszenzintensität induziert, und DT die jährliche Dosisrate, die sich aus mehreren Strahlungskomponenten zusammensetzt, die beim Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente entstehen.

Datierbare Ereignisse und Objekte

Artefakte, die mit diesen Methoden datiert werden können, sind Keramik, verbrannte Lithiken, verbrannte Steine und Erde aus Feuerstellen (TL) sowie unverbrannte Steinoberflächen, die Licht ausgesetzt und dann begraben wurden (OSL)..

Keramik: Es wird angenommen, dass die letzte in Töpferscherben gemessene Erwärmung das Herstellungsereignis darstellt. Das Signal entsteht durch Quarz oder Feldspat im Ton oder anderen Anlassadditiven. Obwohl Töpfergefäße während des Kochens Hitze ausgesetzt sein können, reicht das Kochen nie aus, um die Lumineszenzuhr zurückzusetzen. TL-Datierung wurde verwendet, um das Alter der Indus Valley-Zivilisationsbesetzungen zu bestimmen, die sich aufgrund des lokalen Klimas als resistent gegen Radiokarbon-Datierung erwiesen hatten. Lumineszenz kann auch verwendet werden, um die ursprüngliche Brenntemperatur zu bestimmen.
Lithics: Rohmaterial wie Feuersteine und Cherts wurden von TL datiert. Feuergebrochenes Gestein aus Feuerstellen kann ebenfalls mit TL datiert werden, sofern es auf ausreichend hohe Temperaturen gebrannt wurde. Der Rückstellmechanismus ist in erster Linie beheizt und geht davon aus, dass der Rohstein bei der Herstellung von Steinwerkzeugen wärmebehandelt wurde. Die Wärmebehandlung beinhaltet jedoch normalerweise Temperaturen zwischen 300 und 400 ° C, die nicht immer ausreichend hoch sind. Der beste Erfolg von TL-Daten bei abgebrochenen Steinartefakten ist wahrscheinlich auf Ereignisse zurückzuführen, bei denen sie in einem Kamin abgelegt und versehentlich abgefeuert wurden.
Oberflächen von Gebäuden und Wänden: Die vergrabenen Elemente stehender Mauern archäologischer Ruinen wurden mit optisch stimulierter Lumineszenz datiert. Das abgeleitete Datum gibt das Alter der Bestattung der Oberfläche an. Mit anderen Worten, das OSL-Datum auf einer Grundmauer eines Gebäudes war das letzte Mal, dass das Fundament Licht ausgesetzt wurde, bevor es als erste Schicht in einem Gebäude verwendet wurde, und daher, als das Gebäude zum ersten Mal gebaut wurde.
Andere: Es wurden einige Erfolge bei der Datierung von Objekten wie Knochenwerkzeugen, Ziegeln, Mörtel, Hügeln und landwirtschaftlichen Terrassen festgestellt. Alte Schlacken, die aus der frühen Metallproduktion stammen, wurden ebenfalls mit TL datiert, ebenso wie die absolute Datierung von Ofenfragmenten oder verglasten Auskleidungen von Öfen und Tiegeln.

Geologen haben OSL und TL verwendet, um lange Log-Chronologien von Landschaften zu erstellen. Die Lumineszenzdatierung ist ein leistungsfähiges Instrument, um Stimmungen zu datieren, die auf das Quartär und viel frühere Perioden datiert sind.

Geschichte der Wissenschaft

Die Thermolumineszenz wurde zum ersten Mal in einem Artikel klar beschrieben, der der Royal Society (von Großbritannien) 1663 von Robert Boyle vorgelegt wurde. Er beschrieb die Wirkung eines Diamanten, der auf Körpertemperatur erwärmt worden war. Die Möglichkeit der Verwendung von TL, das in einer Mineral- oder Keramikprobe gespeichert ist, wurde erstmals in den 1950er Jahren von dem Chemiker Farrington Daniels vorgeschlagen. In den 60er und 70er Jahren führte das Forschungslabor für Archäologie und Kunstgeschichte der Universität Oxford die Entwicklung von TL als Methode zur Datierung archäologischer Materialien ein.

Quellen

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