Luminescence datiranje u arheologiji

Luminescence datiranje (uključujući termoluminiscenciju i optički stimuliranu luminiscenciju) je vrsta metodologije datiranja koja mjeri količinu svjetlosti koja se emitira iz energije pohranjene u određenim vrstama stijena i izvedenih tla kako bi se dobio apsolutni datum određenog događaja koji se dogodio u prošlost. Metoda je izravna tehnika upoznavanja, što znači da je količina emitirane energije izravan rezultat događaja koji se mjeri. Još bolje, za razliku od toga radiokarbonsko datiranje, mjere datiranja učinaka luminiscencije povećavaju se s vremenom. Kao rezultat toga, ne postoji gornja granica datuma koja je postavljena osjetljivošću same metode, iako drugi čimbenici mogu ograničiti izvodljivost metode.

Arheolozi koriste dva oblika datiranja luminescencije za datiranje događaja u prošlosti: termoluminiscencija (TL) ili termički stimulirana luminiscencija (TSL) koja mjeri energiju koja se emitira nakon što je objekt izložen temperaturama između 400 i 500 ° C; i optički stimuliranu luminiscenciju (OSL) koja mjeri energiju koja se emitira nakon što je objekt izložen dnevnoj svjetlosti.

Jednostavnije rečeno, određeni minerali (kvarc, feldspar i kalcit) pohranjuju energiju od sunca poznatom brzinom. Ta se energija nalazi u nesavršenim rešetkama kristala minerala. Zagrijavanje ovih kristala (kao na primjer kada lončarska posuda ispušta se ili kada se stijene zagrijavaju) prazni skladištenu energiju, nakon čega mineral ponovo počinje apsorbirati energiju.

TL datiranje je stvar usporedbe energije pohranjene u kristalu s onom "što bi trebalo" da bude tamo, čime se dobiva datum posljednjeg grijanja. Na isti način, manje ili više, OSL (optički stimulirana luminiscencija) mjeri posljednji put kada je objekt bio izložen suncu. Luminescence datiranje je dobro za nekoliko stotina do (najmanje) nekoliko stotina tisuća godina, što ga čini mnogo korisnijim od datiranja ugljikom.

Izraz luminiscencija odnosi se na energiju koja se emitira kao svjetlost iz minerala poput kvarca i feldspat nakon što su izloženi an Ionizirana radiacija neke vrste. Minerali - i u stvari sve na našoj planeti - su izloženi kozmičko zračenje: datiranje luminiscencijom koristi činjenicu da određeni minerali i u određenim uvjetima prikupljaju i oslobađaju energiju iz tog zračenja.

Arheolozi koriste dva oblika datiranja luminescencije za datiranje događaja u prošlosti: termoluminiscencija (TL) ili termički stimulirana luminiscencija (TSL) koja mjeri energiju koja se emitira nakon što je objekt izložen temperaturama između 400 i 500 ° C; i optički stimuliranu luminiscenciju (OSL) koja mjeri energiju koja se emitira nakon što je objekt izložen dnevnoj svjetlosti.

Kristalni tipovi stijena i tla prikupljaju energiju iz radioaktivnog raspada kozmičkog urana, torija i kalija-40. Elektroni iz tih supstanci bivaju zarobljeni u kristalnoj strukturi minerala i neprekidnom izlaganju lesa stijene do tih elemenata s vremenom dovode do predvidljivih porasta broja elektrona uhvaćenih u matrice. Ali kada je stijena izložena dovoljno visokim razinama topline ili svjetla, ta izloženost uzrokuje vibracije u mineralnim rešetkama i zarobljeni elektroni se oslobađaju. Izloženost radioaktivnim elementima se nastavlja, a minerali počinju ponovo skladištiti slobodne elektrone u svojim strukturama. Ako možete izmjeriti količinu akumulirane energije, možete shvatiti koliko je vremena prošlo od izlaganja.

Materijali geološkog podrijetla apsorbirali su znatne količine zračenja od svog nastanka, pa je svako izloženost koju su uzrokovali ljudi toplina ili svjetlost resetirat će sat svjetlosti znatno novije vrijeme od toga jer će se samo pohranjivati ​​energija od događaja zabilježen.

Način na koji izmjerite energiju pohranjenu u predmetu za koji očekujete da je u prošlosti bio izložen toplini ili svjetlu jest da se taj objekt ponovo stimulira i mjeri količinu oslobođene energije. Energija oslobođena poticanjem kristala izražava se svjetlošću (luminescencija). Intenzitet plave, zelene ili infracrvene svjetlosti koji nastaje kada se objekt stimulira proporcionalan je broj elektrona pohranjenih u strukturi minerala i zauzvrat se te svjetlosne jedinice pretvaraju u dozu jedinice.

Jednadžbe koje su znanstvenici koristili za određivanje datuma posljednjeg izlaganja obično su:

• Dob = ukupna luminiscencija / godišnja stopa stjecanja luminescencije ili
• Dob = paleodoza (De) / godišnja doza (DT)

Gdje je De laboratorijska beta doza koja inducira isti intenzitet luminiscencije u uzorku koji je emitirao prirodni uzorak, i DT je ​​godišnja stopa doze koja se sastoji od nekoliko komponenti zračenja koji nastaju raspadanjem prirodnih radioaktivnih elementi.

Artefakti koji se mogu datirati ovim metodama uključuju keramiku, spaljenu litički, spaljene cigle i zemlja s ognjišta (TL), te nezapaljive kamene površine koje su bile izložene svjetlosti, a zatim zakopane (OSL).

• Posuđe: Najnovije grijanje mjereno u lončarskim šerpama pretpostavlja se da predstavljaju proizvodni događaj; signal proizlazi iz kvarca ili feldspar u glini ili drugih dodataka za kaljenje. Iako se lončarske posude mogu izlagati vrućini tijekom kuhanja, kuhanje nikada nije na dovoljnim razinama da biste resetirali sat svjetlosti. TL datiranje se koristilo za utvrđivanje starosti Dolina Inda civilizacijska zanimanja, koja su se zbog lokalne klime pokazala otpornima na datiranje radiokarbona. Luminescencija se također može koristiti za određivanje izvorne temperature paljenja.
• litički: Sirovine kao što su fleke i kljove su datirane od strane TL; vatra ispucana vatrom s ognjišta također se može datirati TL-om pod uvjetom da su ispaljene na dovoljno visoke temperature. Mehanizam resetiranja primarno se zagrijava i djeluje pod pretpostavkom da je sirov kameni materijal bio termički obrađen tijekom proizvodnje alata za kamenje. Međutim, toplinska obrada obično uključuje temperature između 300 i 400 ° C, a ne uvijek dovoljno visoke. Najbolji uspjeh iz datuma TL na odrezanim artefaktima od kamena vjerovatno je iz događaja kada su deponirani u ognjište i slučajno ispaljeni.
• Površine zgrada i zidova: Ukopani elementi stojećih zidova arheoloških ruševina datirani su optički stimuliranom luminiscencijom; izvedeni datum osigurava starost ukopa na površini. Drugim riječima, datum OSL-a na temeljnom zidu zgrade posljednji je put bio takav temelj izloženi su svjetlosti prije nego što su korišteni kao početni slojevi u zgradi, a time i kada je zgrada bila prvo izgrađeno.
• Drugi: Uspjeh je pronađen u predmetima poput koštanog alata, cigle, maltera, humka i poljoprivrednih terasa. Drevna šljaka preostala iz rane proizvodnje metala također je datirana primjenom TL-a, kao i apsolutno datiranje fragmenata peći ili vitrificiranih obloga peći i lončića.

Geolozi su koristili OSL i TL za uspostavljanje dugih, dnevnih kronologija krajolika; Luminescence datiranje je moćan alat za pomoć u vezi s datumima koji su datirani u kvartarni i mnogo raniji period.

Termoluminiscencija je prvi put jasno opisana u radu koji je Kraljevskom društvu (Britaniji) 1663. predstavio Robert Boyle, koji je opisao učinak u dijamantu koji je bio zagrijan na tjelesnu temperaturu. Kemičar je prvi predložio mogućnost upotrebe TL pohranjenog u uzorku minerala ili posuđa Farrington Daniels 1950-ih. Tijekom 1960-ih i 70-ih, Sveučilište u Oxfordu Istraživački laboratorij za Arheologiju i Povijest umjetnosti vodio je u razvoju TL-a kao metode datiranja arheoloških materijala.

izvori

Forman SL. 1989. Primjene i ograničenja termoluminiscencije do danas kvartarnih sedimenata.Quaternary International 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J i Maat P. 1988. Potencijal korištenja termoluminiscencije do danas ukopanim tlima razvijenim na koluvijalnim i fluvijalnim sedimentima iz Utaha i Colorada, SAD: Preliminarni rezultati.Kvartarne znanstvene recenzije 7(3-4):287-293.

Fraser JA, i cijena DM. 2013. Termoluminiscencija (TL) analiza keramike iz Primijenjena nauka o glini 82:24-30.cairns u Jordanu: Korištenje TL-a za integriranje značajki izvan mjesta u regionalne kronologije.

Liritzis I, Singhvi AK, Perje JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N i Li S-H. 2013. .Luminescence datiranje u arheologiji, antropologiji i geoarheologiji: pregled Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Termoluminescentno datiranje u primjeni na arheologiju: pregled.Časopis za arheološku znanost 2(1):17-43.

Singhvi AK, i Mejdahl V. 1985. Termoluminescentno datiranje sedimenata.Nuklearne staze i zračenja 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. Pregled trenutačnih istraživanja o TL datiranju od lossa.Kvartarne znanstvene recenzije 9(4):385-397.

Wintle AG i Huntley DJ. 1982. Termoluminescentno datiranje sedimenata.Kvartarne znanstvene recenzije 1(1):31-53.