Lumineszenz-Datierung

Eine kosmische Methode der archäologischen Datierung

Das rechte Bild zeigt Fluorit, das nach dem Erhitzen auf einer Heizplatte leuchtet.

Mauswiesel / CCTV / Wikimedia Commons

Lumineszenzdatierung (einschließlich Thermolumineszenz und optisch stimulierte Lumineszenz) ist eine Art Datierungsmethode, die die Lichtmenge misst, die von der in bestimmten Gesteinsarten und abgeleiteten Böden gespeicherten Energie emittiert wird, um ein absolutes Datum für ein bestimmtes Ereignis in der Vergangenheit zu erhalten. Die Methode ist eine direkte Datierungstechnik , was bedeutet, dass die abgegebene Energiemenge ein direktes Ergebnis des gemessenen Ereignisses ist. Besser noch, anders Radiokohlenstoffdatierung , Die Wirkung der Lumineszenz-Datierungsmaße nimmt mit der Zeit zu. Infolgedessen gibt es keine obere Datumsgrenze, die durch die Empfindlichkeit der Methode selbst festgelegt ist, obwohl andere Faktoren die Durchführbarkeit der Methode einschränken können.

Wie Lumineszenz-Dating 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 emittiert wird, nachdem ein Objekt Tageslicht ausgesetzt wurde.

Einfach ausgedrückt speichern bestimmte Mineralien (Quarz, Feldspat und Calcit) Energie von der Sonne mit einer bekannten Rate. Diese Energie steckt in den unvollkommenen Gittern der Kristalle des Minerals. Das Erhitzen dieser Kristalle (z. B. wenn a Töpfergefäß abgefeuert oder wenn Steine ​​erhitzt werden) entleert die gespeicherte Energie, nach welcher Zeit das Mineral wieder Energie aufnimmt.

Bei der TL-Datierung geht es darum, die in einem Kristall gespeicherte Energie mit dem zu vergleichen, was dort sein „sollte“, wodurch ein Datum der letzten Erwärmung ermittelt wird. Auf die gleiche Weise misst die OSL-Datierung (optisch stimulierte Lumineszenz) mehr oder weniger, wann ein Objekt das letzte Mal Sonnenlicht ausgesetzt war. Die Lumineszenzdatierung ist gut für einige hundert bis (mindestens) mehrere hunderttausend Jahre, was sie viel nützlicher macht als die Kohlenstoffdatierung.

Die Bedeutung von Lumineszenz

Der Begriff Lumineszenz bezieht sich auf die Energie, die von Mineralien wie Quarz und als Licht emittiert wird Feldspat nachdem sie einem ausgesetzt wurden ionisierende Strahlung irgendwie. Mineralien – und eigentlich alles auf unserem Planeten – sind diesen ausgesetzt kosmische Strahlung : Lumineszenzdatierung nutzt die Tatsache, dass bestimmte Mineralien unter bestimmten Bedingungen Energie aus dieser Strahlung sammeln und freisetzen.

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 emittiert wird, nachdem ein Objekt Tageslicht ausgesetzt wurde.

Kristalline Gesteinsarten und Böden sammeln Energie aus dem radioaktiven Zerfall von kosmischem Uran, Thorium und Kalium-40. Elektronen aus diesen Substanzen werden in der kristallinen Struktur des Minerals eingeschlossen, und die fortgesetzte Exposition des Gesteins gegenüber diesen Elementen im Laufe der Zeit führt zu vorhersagbaren Zunahmen der Anzahl der in den Matrizen eingefangenen Elektronen. Aber wenn das Gestein ausreichend starker Hitze oder Licht ausgesetzt wird, verursacht diese Exposition Vibrationen in den Mineralgittern und die eingefangenen Elektronen werden freigesetzt. Die Belastung durch radioaktive Elemente geht weiter, und die Mineralien beginnen wieder damit, 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 Exposition stattgefunden hat.

Materialien geologischen Ursprungs haben seit ihrer Entstehung beträchtliche Mengen an Strahlung absorbiert, so dass jede vom Menschen verursachte Einwirkung von Hitze oder Licht die Lumineszenzuhr wesentlich später zurücksetzt, da nur die seit dem Ereignis gespeicherte Energie aufgezeichnet wird.

Gespeicherte Energie messen

Die Art und Weise, wie Sie die Energie messen, die in einem Objekt gespeichert ist, von dem Sie erwarten, dass es in der Vergangenheit Hitze oder Licht ausgesetzt war, besteht darin, dieses Objekt erneut zu stimulieren und die freigesetzte Energiemenge zu messen. Die durch die Anregung der Kristalle freigesetzte Energie drückt sich in Licht (Lumineszenz) aus. Die Intensität des blauen, grünen oder infraroten Lichts, das erzeugt wird, wenn ein Objekt stimuliert wird, ist proportional zur Anzahl der in der Mineralstruktur gespeicherten Elektronen, und diese Lichteinheiten werden wiederum in Dosiseinheiten umgewandelt.

Die Gleichungen, die von Gelehrten verwendet werden, um das Datum zu bestimmen, an dem die letzte Exposition stattfand, sind typischerweise:

• Alter = Gesamtlumineszenz/Jahresrate der Lumineszenzerfassung, oder
• Alter = Paleodose (De)/Jahresdosis (DT)

Wobei De die Labor-Beta-Dosis ist, die die gleiche Lumineszenzintensität in der Probe hervorruft, die von der natürlichen Probe emittiert wird, und DT die jährliche Dosisrate ist, die sich aus mehreren Strahlungskomponenten zusammensetzt, die beim Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente entstehen.

Datierbare Ereignisse und Objekte

Zu den Artefakten, die mit diesen Methoden datiert werden können, gehören gebrannte KeramikenLithik, gebrannte Ziegel und Erde von Herden (TL) und unverbrannte Steinoberflächen, die dem Licht ausgesetzt und dann vergraben wurden (OSL).

• Keramik : Es wird angenommen, dass die letzte in Keramikscherben gemessene Erwärmung das Herstellungsereignis darstellt; das signal entsteht durch quarz oder feldspat im ton oder andere härtungszusätze. Obwohl Töpfergefäße während des Kochens Hitze ausgesetzt sein können, ist das Kochen nie auf einem ausreichenden Niveau, um die Lumineszenzuhr zurückzusetzen. TL-Datierung wurde verwendet, um das Alter von zu bestimmen Industal Zivilisationsberufe, die sich aufgrund des lokalen Klimas als resistent gegenüber der Radiokohlenstoffdatierung erwiesen hatten. Die Lumineszenz kann auch zur Bestimmung der ursprünglichen Brenntemperatur verwendet werden.
• Lithik : Rohmaterial wie Feuersteine ​​und Hornsteine ​​wurden von TL datiert; Feuerrisse aus Herden können ebenfalls mit TL datiert werden, solange sie bei ausreichend hohen Temperaturen gebrannt wurden. Der Rückstellmechanismus ist primär beheizt und geht davon aus, dass das Rohsteinmaterial bei der Steinwerkzeugherstellung wärmebehandelt wurde. Die Wärmebehandlung umfasst jedoch normalerweise Temperaturen zwischen 300 und 400 °C, die nicht immer ausreichend hoch genug sind. Der beste Erfolg von TL-Daten auf Steinartefakten stammt wahrscheinlich von Ereignissen, bei denen sie in einen Herd gelegt 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 liefert das Alter der Bestattung der Oberfläche. Mit anderen Worten, das OSL-Datum auf einer Grundmauer eines Gebäudes ist das letzte Mal, dass das Fundament dem Licht ausgesetzt war, bevor es als erste Schicht in einem Gebäude verwendet wurde, und daher, wann das Gebäude zum ersten Mal gebaut wurde.
• Andere : Einige Erfolge wurden bei der Datierung von Objekten wie Knochenwerkzeugen, Ziegeln, Mörtel, Hügeln und landwirtschaftlichen Terrassen gefunden. Alte Schlacken aus der frühen Metallproduktion 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, logarithmische Chronologien von Landschaften zu erstellen; Lumineszenz-Datierung ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um Stimmungen zu datieren, die auf das Quartär und viel frühere Perioden datiert sind.

Geschichte der Wissenschaft

Thermolumineszenz wurde erstmals klar in einem Papier beschrieben, das der Royal Society (of Britain) im Jahr 1663 vorgelegt wurde Robert Boyle , der die Wirkung in einem auf Körpertemperatur erwärmten Diamanten beschrieb. Die Möglichkeit, in einer Mineral- oder Keramikprobe gespeichertes TL zu verwenden, wurde zuerst von einem Chemiker vorgeschlagen Farrington Daniels in den 1950ern. In den 1960er und 70er Jahren die Oxford University Forschungslabor für Archäologie und Kunstgeschichte maßgeblich an der Entwicklung von TL als Methode zur Datierung archäologischer Materialien beteiligt.

Quellen

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