Luminescentie Dating in de archeologie

Luminescentiedatering (inclusief thermoluminescentie en optisch gestimuleerde luminescentie) is een type dateringsmethodologie die de hoeveelheid meet van licht dat wordt uitgezonden door energie die is opgeslagen in bepaalde gesteentetypes en afgeleide bodems om een ​​absolute datum te verkrijgen voor een specifieke gebeurtenis die zich in de Verleden. De methode is direct dating techniek, wat betekent dat de hoeveelheid uitgestoten energie een direct resultaat is van de gemeten gebeurtenis. Beter nog, in tegenstelling tot koolstofdatering, neemt het effect van luminescentiedatering toe met de tijd. Als gevolg hiervan is er geen bovengrens voor de datum die wordt bepaald door de gevoeligheid van de methode zelf, hoewel andere factoren de haalbaarheid van de methode kunnen beperken.

Twee vormen van luminescentiedatering worden door archeologen gebruikt om gebeurtenissen in het verleden te dateren: thermoluminescentie (TL) of thermisch gestimuleerde luminescentie (TSL), die de energie meet die wordt uitgestraald nadat een object is blootgesteld aan temperaturen tussen 400 en 500 ° C; en optisch gestimuleerde luminescentie (OSL), die energie meet die wordt uitgestraald nadat een object is blootgesteld aan daglicht.

Simpel gezegd, bepaalde mineralen (kwarts, veldspaat en calciet) slaan energie van de zon op met een bekende snelheid. Deze energie zit vast in de imperfecte roosters van de kristallen van het mineraal. Het verwarmen van deze kristallen (zoals wanneer a aardewerk vat wordt gestookt of wanneer stenen worden verwarmd) de opgeslagen energie leegmaakt, waarna het mineraal weer energie begint op te nemen.

TL-datering is een kwestie van het vergelijken van de energie die in een kristal is opgeslagen met wat er "hoort" te zijn, en komt zo met een datum van de laatste verhitting. Op dezelfde manier meet min of meer de OSL-datering (optisch gestimuleerde luminescentie) de laatste keer dat een object werd blootgesteld aan zonlicht. Luminescentiedatering is goed voor een paar honderd tot (minstens) enkele honderdduizenden jaren, waardoor het veel nuttiger is dan koolstofdatering.

De term luminescentie verwijst naar de energie die wordt uitgestraald als licht van mineralen zoals kwarts en veldspaat nadat ze zijn blootgesteld aan een ioniserende straling van een soort. Mineralen - en in feite alles op onze planeet - worden eraan blootgesteld kosmische straling: luminescentiedatering profiteert van het feit dat bepaalde mineralen onder bepaalde omstandigheden energie uit die straling verzamelen en afgeven.

Twee vormen van luminescentiedatering worden door archeologen gebruikt om gebeurtenissen in het verleden te dateren: thermoluminescentie (TL) of thermisch gestimuleerde luminescentie (TSL), die de energie meet die wordt uitgestraald nadat een object is blootgesteld aan temperaturen tussen 400 en 500 ° C; en optisch gestimuleerde luminescentie (OSL), die energie meet die wordt uitgestraald nadat een object is blootgesteld aan daglicht.

Kristallijne gesteentesoorten en bodems verzamelen energie uit het radioactieve verval van kosmisch uranium, thorium en kalium-40. Elektronen van deze stoffen raken gevangen in de kristallijne structuur van het mineraal en de continue blootstelling van de gesteente naar deze elementen leidt in de loop van de tijd tot een voorspelbare toename van het aantal in de matrices gevangen elektronen. Maar wanneer de rots wordt blootgesteld aan voldoende hoge niveaus van warmte of licht, veroorzaakt die blootstelling trillingen in de minerale roosters en worden de gevangen elektronen vrijgemaakt. De blootstelling aan radioactieve elementen gaat door en de mineralen beginnen opnieuw vrije elektronen op te slaan in hun structuren. Als u de mate van acquisitie van de opgeslagen energie kunt meten, kunt u erachter komen hoelang het geleden is dat de blootstelling heeft plaatsgevonden.

Materialen van geologische oorsprong zullen sinds hun vorming aanzienlijke hoeveelheden straling hebben geabsorbeerd, dus elke door mensen veroorzaakte blootstelling eraan warmte of licht zal de luminescentieklok aanzienlijk recenter resetten, aangezien alleen de energie die is opgeslagen sinds de gebeurtenis zal zijn opgenomen.

De manier waarop u energie meet die is opgeslagen in een object waarvan u verwacht dat het in het verleden aan hitte of licht is blootgesteld, is door dat object opnieuw te stimuleren en de hoeveelheid vrijgekomen energie te meten. De energie die vrijkomt bij het stimuleren van de kristallen wordt uitgedrukt in licht (luminescentie). De intensiteit van blauw, groen of infrarood licht dat wordt gecreëerd wanneer een object wordt gestimuleerd, is evenredig met het aantal elektronen dat is opgeslagen in de structuur van het mineraal en die lichteenheden worden op hun beurt omgezet in dosis eenheden.

De vergelijkingen die door wetenschappers worden gebruikt om de datum te bepalen waarop de laatste blootstelling heeft plaatsgevonden, zijn doorgaans:

• Leeftijd = totale luminescentie / jaarlijks aantal verworven luminescentie, of
• Leeftijd = paleodose (De) / jaarlijkse dosis (DT)

Waar De is de bèta-dosis in het laboratorium die dezelfde luminescentie-intensiteit induceert in het monster dat wordt uitgestraald door het natuurlijke monster en DT is het jaarlijkse dosistempo dat bestaat uit verschillende stralingscomponenten die ontstaan ​​in het verval van natuurlijk radioactief elementen.

Artefacten die met deze methoden kunnen worden gedateerd, zijn onder meer keramiek, verbrand lithics, verbrande bakstenen en grond van haarden (TL) en onverbrande steenoppervlakken die werden blootgesteld aan licht en vervolgens begraven (OSL).

• Pottenbakkerij: Aangenomen wordt dat de meest recente verwarming gemeten in aardewerkscherven het fabricage-evenement vertegenwoordigt; het signaal komt voort uit kwarts of veldspaat in de klei of andere temperende additieven. Hoewel potten van aardewerk tijdens het koken aan hitte kunnen worden blootgesteld, is het koken nooit op voldoende niveaus om de luminescentieklok te resetten. TL dating werd gebruikt om de leeftijd van te bepalen Indus Vallei beschavingsberoepen, die vanwege het lokale klimaat resistent waren gebleken tegen koolstofdatering. Luminescentie kan ook worden gebruikt om de oorspronkelijke baktemperatuur te bepalen.
• Lithics: Grondstoffen zoals vuurstenen en cherts zijn gedateerd door TL; door vuur gekraakte gesteente uit haarden kan ook door TL worden gedateerd, zolang ze maar op voldoende hoge temperaturen zijn gestookt. Het resetmechanisme is voornamelijk verwarmd en werkt in de veronderstelling dat het ruwe steenmateriaal tijdens de vervaardiging van steenwerktuigen met warmte is behandeld. Bij warmtebehandeling gaat het normaal gesproken om temperaturen tussen 300 en 400 ° C, niet altijd voldoende hoog genoeg. Het beste succes van TL-datums op afgebroken stenen artefacten is waarschijnlijk van gebeurtenissen toen ze in een vuurplaats werden gestort en per ongeluk werden afgevuurd.
• Oppervlakken van gebouwen en muren: De begraven elementen van staande muren van archeologische ruïnes zijn gedateerd met optisch gestimuleerde luminescentie; de afgeleide datum geeft de leeftijd van begraven van het oppervlak. Met andere woorden, de OSL-datum op een funderingsmuur van een gebouw is de laatste keer dat die fundering was blootgesteld aan licht voordat het werd gebruikt als de eerste lagen in een gebouw, en dus toen het gebouw was eerst gebouwd.
• Anderen: Er is enig succes gevonden met dateringsvoorwerpen zoals botgereedschap, bakstenen, mortel, terpen en landbouwterrassen. Oude slakken die zijn overgebleven van de vroege metaalproductie zijn ook gedateerd met TL, evenals absolute datering van ovenfragmenten of verglaasde bekledingen van ovens en smeltkroezen.

Geologen hebben OSL en TL gebruikt om lange logboekchronologieën van landschappen vast te stellen; luminescentiedatering is een krachtig hulpmiddel om gevoelens die dateren uit het Kwartair en veel eerdere periodes te helpen dateren.

Thermoluminescentie werd voor het eerst duidelijk beschreven in een paper dat in 1663 aan de Royal Society (of Britain) werd voorgelegd Robert Boyle, die het effect beschreef in een diamant die was opgewarmd tot lichaamstemperatuur. De mogelijkheid om gebruik te maken van TL opgeslagen in een mineraal- of aardewerkmonster werd voor het eerst voorgesteld door de chemicus Farrington Daniels in de jaren 50. In de jaren zestig en zeventig werd de Oxford University Onderzoekslaboratorium voor Archeologie en Kunstgeschiedenis geleid bij de ontwikkeling van TL als methode om archeologische materialen te dateren.

Bronnen

Forman SL. 1989. Toepassingen en beperkingen van thermoluminescentie tot op heden quartaire sedimenten.Quartair Internationaal 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J en Maat P. 1988. Het potentieel van het gebruik van thermoluminescentie tot op heden begraven bodems ontwikkelde zich op colluviale en fluviale sedimenten uit Utah en Colorado, VS: voorlopige resultaten.Kwartairwetenschappelijke beoordelingen 7(3-4):287-293.

Fraser JA en Price DM. 2013. Een thermoluminescentie (TL) analyse van keramiek uit Toegepaste Clay Science 82:24-30.Cairns in Jordanië: TL gebruiken om off-site functies te integreren in regionale chronologieën.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N en Li S-H. 2013. .Luminescentie Dating in archeologie, antropologie en geoarcheologie: een overzicht Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Thermoluminescente datering in zijn toepassing op archeologie: een overzicht.Journal of Archaeological Science 2(1):17-43.

Singhvi AK en Mejdahl V. 1985. Thermoluminescentiedatering van sedimenten.Nucleaire sporen en stralingsmetingen 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. Een overzicht van huidig ​​onderzoek naar TL-datering van loess.Kwartairwetenschappelijke beoordelingen 9(4):385-397.

Wintle AG en Huntley DJ. 1982. Thermoluminescentiedatering van sedimenten.Kwartairwetenschappelijke beoordelingen 1(1):31-53.