Datowanie luminescencyjne w archeologii

Datowanie luminescencyjne (w tym termoluminescencja i optycznie stymulowana luminescencja) to rodzaj metodologii datowania, która mierzy ilość światła emitowanego z energii zmagazynowanej w niektórych rodzajach skał i glebach pochodnych w celu uzyskania bezwzględnej daty dla konkretnego zdarzenia, które miało miejsce w przeszłość. Metoda jest bezpośrednia technika randkowa, co oznacza, że ​​ilość emitowanej energii jest bezpośrednim wynikiem pomiaru zdarzenia. Jeszcze lepiej, w przeciwieństwie do datowanie radiowęglowe, efekt pomiaru dat luminescencji wzrasta z czasem. W rezultacie nie ma górnego limitu daty określonego przez wrażliwość samej metody, chociaż inne czynniki mogą ograniczać wykonalność metody.

Dwie formy datowania luminescencji są wykorzystywane przez archeologów do datowania wydarzeń w przeszłości: termoluminescencja (TL) lub termicznie stymulowana luminescencja (TSL), która mierzy energię emitowaną po wystawieniu obiektu na działanie temperatur od 400 do 500 ° C; oraz optycznie stymulowana luminescencja (OSL), która mierzy energię emitowaną po wystawieniu obiektu na działanie światła dziennego.

Krótko mówiąc, niektóre minerały (kwarc, skalenie i kalcyt) magazynują energię słoneczną w znanym tempie. Energia ta gromadzi się w niedoskonałych sieciach kryształów minerału. Ogrzewanie tych kryształów (na przykład gdy a naczynie garncarskie po wystrzeleniu lub po podgrzaniu skał) opróżnia zgromadzoną energię, po czym minerał ponownie zaczyna pochłaniać energię.

Datowanie TL polega na porównaniu energii zmagazynowanej w krysztale z tym, co „powinno” tam być, tworząc w ten sposób datę ostatniego podgrzania. W ten sam sposób, mniej więcej, datowanie OSL (optycznie stymulowana luminescencja) mierzy, kiedy ostatni raz obiekt był wystawiony na światło słoneczne. Datowanie luminescencyjne jest dobre przez kilkaset do (przynajmniej) kilkuset tysięcy lat, co czyni go znacznie bardziej przydatnym niż datowanie węglem.

Termin luminescencja odnosi się do energii emitowanej jako światło z minerałów, takich jak kwarc i skaleń po tym, jak zostali wystawieni na działanie promieniowanie jonizujące jakiegoś rodzaju. Minerały - a właściwie wszystko na naszej planecie - są narażone promieniowanie kosmiczne: datowanie luminescencyjne wykorzystuje fakt, że niektóre minerały zbierają i uwalniają energię z tego promieniowania w określonych warunkach.

Dwie formy datowania luminescencji są wykorzystywane przez archeologów do datowania wydarzeń w przeszłości: termoluminescencja (TL) lub termicznie stymulowana luminescencja (TSL), która mierzy energię emitowaną po wystawieniu obiektu na działanie temperatur od 400 do 500 ° C; oraz optycznie stymulowana luminescencja (OSL), która mierzy energię emitowaną po wystawieniu obiektu na działanie światła dziennego.

Krystaliczne rodzaje skał i gleby zbierają energię z radioaktywnego rozpadu kosmicznego uranu, toru i potasu-40. Elektrony z tych substancji są uwięzione w krystalicznej strukturze minerału i ciągłej ekspozycji skały do ​​tych pierwiastków w czasie prowadzą do przewidywalnego wzrostu liczby elektronów zatrzymanych w matrycach. Ale kiedy skała jest wystawiona na wystarczająco wysoki poziom ciepła lub światła, to narażenie powoduje wibracje w sieciach mineralnych i uwięzione elektrony są uwalniane. Ekspozycja na pierwiastki promieniotwórcze trwa nadal, a minerały ponownie magazynują wolne elektrony w swoich strukturach. Jeśli potrafisz zmierzyć szybkość pozyskiwania zmagazynowanej energii, możesz dowiedzieć się, ile czasu minęło od momentu ekspozycji.

Materiały pochodzenia geologicznego pochłonęły znaczne ilości promieniowania od momentu ich powstania, więc każda ekspozycja spowodowana przez człowieka ciepło lub światło zresetują zegar luminescencji znacznie niedawno, ponieważ tylko energia zgromadzona od czasu zdarzenia będzie nagrany.

Sposób, w jaki mierzysz energię zgromadzoną w obiekcie, który w przeszłości był narażony na działanie ciepła lub światła, polega na ponownym stymulowaniu tego obiektu i mierzeniu ilości uwolnionej energii. Energia uwalniana przez stymulację kryształów jest wyrażana w świetle (luminescencja). Intensywność światła niebieskiego, zielonego lub podczerwonego, które powstaje podczas stymulacji obiektu, jest proporcjonalna do liczba elektronów zgromadzonych w strukturze minerału, a te lekkie jednostki są konwertowane na dawkę jednostki.

Równania stosowane przez uczonych w celu ustalenia daty ostatniej ekspozycji zwykle są następujące:

• Wiek = całkowita luminescencja / roczna szybkość pozyskiwania luminescencji, lub
• Wiek = paleodoza (De) / dawka roczna (DT)

Gdzie De jest laboratoryjną dawką beta, która indukuje taką samą intensywność luminescencji w próbce emitowanej przez próbkę naturalną, a DT jest roczną dawką składającą się z kilku składników promieniowania, które powstają w wyniku rozpadu naturalnego radioaktywnego elementy.

Artefakty, które można datować tymi metodami, obejmują wypaloną ceramikę litologia, spalone cegły i ziemię z palenisk (TL) oraz niespalone kamienne powierzchnie, które zostały wystawione na działanie światła, a następnie zakopane (OSL).

• Garncarstwo: Przyjmuje się, że ostatnie ogrzewanie zmierzone w naczyniach garncarskich reprezentuje zdarzenie produkcyjne; sygnał pochodzi z kwarcu lub skalenia w glinie lub innych dodatkach temperujących. Chociaż naczynia ceramiczne mogą być narażone na ciepło podczas gotowania, gotowanie nigdy nie jest na wystarczającym poziomie, aby zresetować zegar luminescencji. Randki TL wykorzystano do ustalenia wieku Dolina Indusu zawody cywilizacyjne, które ze względu na lokalny klimat okazały się odporne na datowanie radiowęglowe. Luminescencji można również użyć do ustalenia oryginalnej temperatury wypalania.
• Literatura: Surowiec taki jak krzemienie i cherty datowane są przez TL; skałę popękaną z palenisk można również datować na TL, o ile zostały wystrzelone do wystarczająco wysokich temperatur. Mechanizm resetujący jest przede wszystkim podgrzewany i działa przy założeniu, że surowiec kamienny został poddany obróbce cieplnej podczas produkcji narzędzia kamiennego. Jednak obróbka cieplna zwykle obejmuje temperatury od 300 do 400 ° C, nie zawsze wystarczająco wystarczająco wysokie. Najlepszy sukces dat dat TL na odłamki kamiennych artefaktów prawdopodobnie pochodzą z wydarzeń, kiedy zostały zdeponowane w palenisku i przypadkowo wystrzelone.
• Powierzchnie budynków i ścian: Zakopane elementy stojących ścian ruin archeologicznych zostały datowane za pomocą optycznie stymulowanej luminescencji; pochodna data określa wiek pochowania powierzchni. Innymi słowy, data OSL na ścianie fundamentowej budynku jest ostatnim razem, gdy był to fundament wystawiony na działanie światła, zanim zostanie użyty jako warstwa początkowa w budynku, a tym samym, kiedy budynek był pierwszy zbudowany.
• Inne: Odnotowano pewien sukces randkowy obiektów, takich jak narzędzia kostne, cegły, moździerz, kopce i tarasy rolnicze. Starożytny żużel pozostały po wczesnej produkcji metalu również datowano za pomocą TL, a także datowania bezwzględnego fragmentów pieca lub zeszklonych wykładzin pieców i tygli.

Geolodzy wykorzystali OSL i TL do ustalenia długich, logicznych chronologii krajobrazów; datowanie luminescencyjne to potężne narzędzie pomagające w datowaniu nastrojów datowanych na czwartorzęd i znacznie wcześniej.

Termoluminescencja została po raz pierwszy jasno opisana w artykule przedstawionym Royal Society (Wielkiej Brytanii) w 1663 r. Przez Robert Boyle, który opisał efekt w diamentie rozgrzanym do temperatury ciała. Możliwość wykorzystania TL przechowywanego w próbce minerału lub ceramiki została po raz pierwszy zaproponowana przez chemika Farrington Daniels W latach pięćdziesiątych. W latach 60. i 70. XX wieku Uniwersytet Oksfordzki Laboratorium badawcze dla Archeologii i Historii Sztuki prowadził rozwój TL jako metody datowania materiałów archeologicznych.

Źródła

Forman SL. 1989. Zastosowania i ograniczenia termoluminescencji w dotychczasowych osadach czwartorzędowych.Quaternary International 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J i Maat P. 1988. Potencjał wykorzystania do tej pory termoluminescencji zakopanych gleb rozwinął się na osadach koluwialnych i fluwialnych z Utah i Kolorado, USA: Wyniki wstępne.Recenzje czwartorzędu nauki 7(3-4):287-293.

Fraser JA i Price DM. 2013. Analiza termoluminescencyjna (TL) ceramiki z Applied Clay Science 82:24-30.Cairns in Jordan: Wykorzystanie TL do zintegrowania funkcji zewnętrznych w regionalnych chronologiach.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N i Li S-H. 2013. .Datowanie luminescencyjne w archeologii, antropologii i geoarchaeologii: przegląd Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Datowanie termoluminescencyjne w zastosowaniu do archeologii: przegląd.Journal of Archaeological Science 2(1):17-43.

Singhvi AK i Mejdahl V. 1985. Termoluminescencyjne datowanie osadów.Ślady jądrowe i pomiary promieniowania 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. Przegląd aktualnych badań nad datowaniem TL lessu.Recenzje czwartorzędu nauki 9(4):385-397.

Wintle AG i Huntley DJ. 1982. Termoluminescencyjne datowanie osadów.Recenzje czwartorzędu nauki 1(1):31-53.