Luminescensdating i arkæologi

Luminescensdating (inklusive termoluminescens og optisk stimuleret luminescens) er en type dateringsmetodik, der måler mængden af lys, der udsendes fra energi, der er lagret i visse klippetyper og afledte jordarter for at opnå en absolut dato for en bestemt begivenhed, der opstod i forbi. Metoden er en direkte dating teknik, hvilket betyder, at mængden af ​​udsendt energi er et direkte resultat af den begivenhed, der måles. Bedre stadig, i modsætning til radiocarbon-datering, øges effekten af ​​luminescensdatering med tiden. Som et resultat er der ingen øvre datogrænse fastlagt af følsomheden af ​​selve metoden, skønt andre faktorer kan begrænse metodens gennemførlighed.

To former for luminescensdatering bruges af arkæologer til dato hændelser i fortiden: thermoluminescence (TL) eller termisk stimuleret luminescens (TSL), som måler energi, der udsendes efter en genstand er blevet udsat for temperaturer mellem 400 og 500 ° C; og optisk stimuleret luminescens (OSL), som måler energi, der udsendes efter en genstand er blevet udsat for dagslys.

Kort sagt gemmer visse mineraler (kvarts, feltspat og kalsit) energi fra solen med en kendt hastighed. Denne energi indsættes i de ufuldkomne gitter i mineralets krystaller. Opvarmning af disse krystaller (f.eks. Når a keramik fartøj fyres, eller når sten opvarmes) tømmer den lagrede energi, hvorefter mineralet begynder at absorbere energi igen.

TL-datering er et spørgsmål om at sammenligne energien, der er gemt i en krystal, med hvad "burde" være der, og derved komme med en dato for sidst opvarmet. På samme måde, mere eller mindre, måler OSL (optisk stimuleret luminescens) datering, sidste gang et objekt blev udsat for sollys. Luminescensdating er god i mellem et par hundrede til (mindst) flere hundrede tusinde år, hvilket gør det meget mere nyttigt end kulstofdating.

Udtrykket luminescens henviser til den energi, der udsendes som lys fra mineraler såsom kvarts og feldspat efter at de er blevet udsat for en ioniserende stråling af en slags. Mineraler - og faktisk alt på vores planet - udsættes for kosmisk stråling: luminescensdating drager fordel af det faktum, at visse mineraler både opsamler og frigiver energi fra denne stråling under specifikke forhold.

To former for luminescensdatering bruges af arkæologer til dato hændelser i fortiden: thermoluminescence (TL) eller termisk stimuleret luminescens (TSL), som måler energi, der udsendes efter en genstand er blevet udsat for temperaturer mellem 400 og 500 ° C; og optisk stimuleret luminescens (OSL), som måler energi, der udsendes efter en genstand er blevet udsat for dagslys.

Krystallinske bergarter og jordbund samler energi fra det radioaktive forfald af kosmisk uran, thorium og kalium-40. Elektroner fra disse stoffer bliver fanget i mineralets krystallinske struktur og fortsat eksponering af sten til disse elementer over tid fører til forudsigelige stigninger i antallet af elektroner fanget i matrixerne. Men når klippen udsættes for høje niveauer af varme eller lys, forårsager denne eksponering vibrationer i mineralgitterne og de fangede elektroner frigøres. Eksponeringen for radioaktive elementer fortsætter, og mineraler begynder igen at opbevare gratis elektroner i deres strukturer. Hvis du kan måle hastigheden for erhvervelse af den lagrede energi, kan du finde ud af, hvor lang tid det er gået siden eksponeringen skete.

Materialer med geologisk oprindelse har absorberet betydelige mængder af stråling siden deres dannelse, så enhver menneskelig-forårsaget eksponering for varme eller lys nulstiller luminescensuret betydeligt mere for nylig end det, da kun energien, der er lagret siden begivenheden, vil være registreret.

Den måde, du måler energi, der er gemt i et objekt, som du forventer har været udsat for varme eller lys i fortiden, er at stimulere dette objekt igen og måle mængden af ​​frigivet energi. Energien frigivet ved at stimulere krystallerne udtrykkes i lys (luminescens). Intensiteten af ​​blåt, grønt eller infrarødt lys, der oprettes, når et objekt stimuleres, er proportionalt med antallet af elektroner, der er gemt i mineralets struktur, og til gengæld konverteres de lette enheder til dosis enheder.

Ligningerne, som lærde har brugt til at bestemme datoen for den sidste eksponering, er typisk:

• Alder = total luminescens / årlig hastighed for erhvervelse af luminescens eller
• Alder = paleodose (De) / årlig dosis (DT)

Hvor De er laboratorie-beta-dosis, der inducerer den samme luminescensintensitet i prøven udsendt af den naturlige prøve, og DT er den årlige dosis, der består af flere strålingskomponenter, der opstår i forfaldet af naturligt radioaktivt elementer.

Artefakter, der kan dateres ved hjælp af disse metoder, inkluderer keramik, forbrændt lithics, brændte mursten og jord fra ildsteder (TL) og ubrændte stenoverflader, der blev udsat for lys og derefter begravet (OSL).

• Keramik: Den seneste opvarmning målt i keramikskår antages at repræsentere produktionshændelsen; signalet opstår fra kvarts eller feltspat i leret eller andre hærdningsadditiver. Selvom keramikbeholdere kan udsættes for varme under madlavning, er kogning aldrig i tilstrækkelige niveauer til at nulstille luminescensuret. TL-datering blev brugt til at bestemme alderen på Indus Valley civilisationens erhverv, som havde vist sig modstandsdygtige over for radiocarbon-datering på grund af det lokale klima. Luminescens kan også bruges til at bestemme den oprindelige fyringstemperatur.
• Lithics: Råmateriale såsom flints og cherts er dateret af TL; ildkrakket sten fra ildsteder kan også dateres af TL, så længe de blev fyret til tilstrækkelig høje temperaturer. Nulstillingsmekanismen opvarmes primært og fungerer under antagelse af, at råsten er varmebehandlet under fremstilling af stenværktøj. Imidlertid involverer varmebehandling normalt temperaturer mellem 300 og 400 ° C, ikke altid tilstrækkelig høje. Den bedste succes fra TL-datoer på fliser af artefakter fra flisesten er sandsynligvis fra begivenheder, hvor de blev deponeret i en ildsted og ved et uheld fyret.
• Overflader på bygninger og vægge: De nedgravede elementer af stående vægge i arkæologiske ruiner er dateret ved hjælp af optisk stimuleret luminescens; den afledte dato giver alder for begravelse af overfladen. Med andre ord, OSL-datoen på en grundmur i en bygning er sidste gang, at fundamentet var udsat for lys, før de blev brugt som de oprindelige lag i en bygning, og dermed når bygningen var først bygget.
• Andre: Der er fundet en vis succes med dateringsobjekter som knogeværktøjer, mursten, mørtel, hauger og landbrugs-terrasser. Gamle slagge tilbage fra tidlig metalproduktion er også dateret ved hjælp af TL, såvel som absolut datering af ovnfragmenter eller forglasede foringer af ovne og digler.

Geologer har brugt OSL og TL til at etablere lange log-kronologier med landskaber; luminescensdating er et magtfuldt værktøj til at hjælpe datingsendelser dateret til kvartæret og meget tidligere perioder.

Termoluminescens blev først klart beskrevet i et papir, der blev forelagt Royal Society (Storbritannien) i 1663, af Robert Boyle, der beskrev effekten i en diamant, der var blevet opvarmet til kropstemperatur. Muligheden for at gøre brug af TL opbevaret i en mineral- eller keramikprøve blev først foreslået af kemiker Farrington Daniels i 1950'erne. I løbet af 1960'erne og 70'erne, Oxford University Forskningslaboratorium for arkæologi og kunsthistorie førte til udviklingen af ​​TL som en metode til datering af arkæologiske materialer.

Kilder

Forman SL. 1989. Anvendelser og begrænsninger af termoluminescens til dato kvaternære sedimenter.Quaternary International 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J og Maat P. 1988. Potentialet ved anvendelse af termoluminescens til dato nedgravede jordarter udviklet på colluviale og fluviale sedimenter fra Utah og Colorado, U.S.A.: foreløbige resultater.Quaternary Science Anmeldelser 7(3-4):287-293.

Fraser JA, og pris DM. 2013. En termoluminescens (TL) analyse af keramik fra Anvendt lervidenskab 82:24-30.varder i Jordan: Brug af TL til at integrere off-site-funktioner i regionale kronologier.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N og Li S-H. 2013. .Luminescensdating i arkæologi, antropologi og geoarkeologi: et overblik Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Termoluminescerende datering i dens anvendelse til arkæologi: En gennemgang.Journal of Archaeological Science 2(1):17-43.

Singhvi AK og Mejdahl V. 1985. Termoluminescensdatering af sedimenter.Nukleare spor og målinger af stråling 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. En gennemgang af aktuel forskning på TL-datering af loess.Quaternary Science Anmeldelser 9(4):385-397.

Wintle AG og Huntley DJ. 1982. Termoluminescensdatering af sedimenter.Quaternary Science Anmeldelser 1(1):31-53.