Luminescensdating i arkeologi

Luminescensdating (inklusive termoluminescens och optiskt stimulerad luminescens) är en typ av dateringsmetodik som mäter mängden av ljus som släpps ut från energi lagrad i vissa bergarter och härledda jordar för att få ett absolut datum för en specifik händelse som inträffade i dåtid. Metoden är en direkt dating teknik, vilket betyder att mängden energi som släpps ut är ett direkt resultat av händelsen som mäts. Ännu bättre, till skillnad från radiokarbon-datering, effekten av luminescensdateringsåtgärder ökar med tiden. Som ett resultat finns det ingen övre datumgräns som fastställs av metodens känslighet, även om andra faktorer kan begränsa metodens genomförbarhet.

Två former av luminescensdatering används av arkeologer hittills i händelser tidigare: termoluminescens (TL) eller termiskt stimulerad luminescens (TSL), som mäter energi som släpps ut efter att ett föremål har utsatts för temperaturer mellan 400 och 500 ° C; och optiskt stimulerad luminescens (OSL), som mäter energi som släpps ut efter att ett föremål har utsatts för dagsljus.

För att uttrycka det enkelt, lagrar vissa mineraler (kvarts, fältspat och kalcit) energi från solen med en känd hastighet. Denna energi lagras i ofullkomliga gitter i mineralens kristaller. Uppvärmning av dessa kristaller (t.ex. när a keramikfartyg avfyras eller när stenar värms upp) tömmer den lagrade energin, varefter mineralen börjar absorbera energi igen.

TL-datering är en fråga om att jämföra energin lagrad i en kristall med vad "borde" vara där och därigenom komma med ett senast upphettat datum. På samma sätt, mer eller mindre, mäter OSL (optiskt stimulerad luminescens) datering förra gången ett objekt utsattes för solljus. Luminescensdating är bra för mellan några hundra till (åtminstone) flera hundra tusen år, vilket gör det mycket mer användbart än koldatering.

Termen luminescens hänför sig till den energi som släpps ut som ljus från mineraler som kvarts och fältspat efter att de har blivit utsatta för en joniserande strålning av något slag. Mineraler - och faktiskt allt på vår planet - utsätts för kosmisk strålning: luminescensdating drar nytta av det faktum att vissa mineraler både samlar och släpper energi från den strålningen under specifika förhållanden.

Två former av luminescensdatering används av arkeologer hittills i händelser tidigare: termoluminescens (TL) eller termiskt stimulerad luminescens (TSL), som mäter energi som släpps ut efter att ett föremål har utsatts för temperaturer mellan 400 och 500 ° C; och optiskt stimulerad luminescens (OSL), som mäter energi som släpps ut efter att ett föremål har utsatts för dagsljus.

Kristallina bergarter och jordar samlar energi från det radioaktiva sönderfallet av kosmiskt uran, thorium och kalium-40. Elektroner från dessa ämnen fastnar i mineralets kristallstruktur och fortsätter exponering av stenar till dessa element över tid leder till förutsägbara ökningar i antalet elektroner som fångas i matriserna. Men när berget utsätts för tillräckligt höga nivåer av värme eller ljus, orsakar den exponeringen vibrationer i mineralgallerna och de fångade elektronerna frigörs. Exponeringen för radioaktiva element fortsätter och mineralerna börjar åter lagra fria elektroner i sina strukturer. Om du kan mäta hastigheten på anskaffningen av den lagrade energin kan du ta reda på hur lång tid det har gått sedan exponeringen inträffade.

Material av geologiskt ursprung kommer att ha absorberat betydande mängder strålning sedan deras bildning, så all exponering av människor orsakas av människor värme eller ljus kommer att återställa luminescensklockan avsevärt mer nyligen än det eftersom endast energin lagrad sedan händelsen kommer att vara spelade in.

Det sätt du mäter energi lagrat i ett objekt som du förväntar dig har utsatts för värme eller ljus tidigare har varit att stimulera det objektet igen och mäta mängden energi som släpps ut. Energin som frigörs genom att stimulera kristallerna uttrycks i ljus (luminescens). Intensiteten hos blått, grönt eller infrarött ljus som skapas när ett objekt stimuleras är proportionellt mot antalet elektroner lagrade i mineralets struktur och i sin tur omvandlas de ljusa enheterna till dos enheter.

Ekvationerna som används av forskare för att bestämma datum då den senaste exponeringen inträffade är vanligtvis:

• Ålder = total luminescens / årlig hastighet för luminescensförvärv, eller
• Ålder = paleodos (De) / årlig dos (DT)

Där De är laboratorie-betadosen som inducerar samma luminescensintensitet i provet som avges av det naturliga provet, och DT är den årliga doshastigheten som består av flera strålningskomponenter som uppstår vid sönderfallet av naturligt radioaktivt element.

Artefakter som kan dateras med dessa metoder inkluderar keramik, bränd lithics, brända tegel och jord från eldstäder (TL) och oförbrända stenytor som exponerades för ljus och sedan begravdes (OSL).

• Krukmakeri: Den senaste uppvärmningen uppmätt i keramikskär antas representera tillverkningshändelsen; signalen uppstår från kvarts eller fältspat i leran eller andra härdningstillsatser. Även om keramikfartyg kan utsättas för värme under tillagningen är matlagningen aldrig på tillräckliga nivåer för att återställa luminescensklockan. TL-datering användes för att bestämma åldern på Indus Valley civilisationsyrken, som visat sig vara motståndskraftiga mot radiokolldatering på grund av det lokala klimatet. Luminescens kan också användas för att bestämma den ursprungliga bränningstemperaturen.
• Lithics: Råmaterial som flintar och cherts har daterats av TL; eldkrackt berg från härdar kan också dateras av TL så länge de avfyrades till tillräckligt höga temperaturer. Återställningsmekanismen upphettas främst och fungerar under antagandet att råmaterialet värmebehandlades under tillverkning av stenverktyg. Men värmebehandling involverar normalt temperaturer mellan 300 och 400 ° C, inte alltid tillräckligt höga. Den bästa framgången från TL-datum på flisstenföremål är troligen från händelser då de deponerades i en eldstad och av misstag avfyrades.
• Ytor på byggnader och väggar: De begravda delarna av stående väggar i arkeologiska ruiner har daterats med optiskt stimulerad luminescens; det härledda datumet ger upphov till ålderns begravning. Med andra ord, OSL-datumet på en grundmur i en byggnad är sista gången som stiftelsen var utsatt för ljus innan de användes som de första lagren i en byggnad, och därmed när byggnaden var först byggd.
• Övriga: Några framgångar har hittats med föremål som benverktyg, tegel, murbruk, högar och jordbruksterrasser. Forntida slagg kvar från tidig metallproduktion har också daterats med TL, liksom absolut datering av ugnsfragment eller förglasade foder av ugnar och degelar.

Geologer har använt OSL och TL för att upprätta långa loggkronologier av landskap; luminescensdating är ett kraftfullt verktyg för att hjälpa datum sentiment daterat till kvartär och mycket tidigare perioder.

Thermoluminescence beskrevs först tydligt i ett papper som presenterades för Royal Society (Storbritannien) 1663, av Robert Boyle, som beskrev effekten i en diamant som hade värmts till kroppstemperatur. Möjligheten att använda TL lagrad i ett mineral- eller keramikprov föresloges först av kemisten Farrington Daniels på 1950-talet. Under 1960- och 70-talet, Oxford University Forskningslaboratorium för arkeologi och konsthistoria ledde i utvecklingen av TL som en metod för datering av arkeologiska material.

källor

Forman SL. 1989. Tillämpningar och begränsningar av termoluminescens till datum kvartära sediment.Quaternary International 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J och Maat P. 1988. Potentialen att använda termoluminescens hittills begravda jordar utvecklats på kolluviala och fluviala sediment från Utah och Colorado, U.S.A: Preliminära resultat.Quaternary Science Reviews 7(3-4):287-293.

Fraser JA och Price DM. 2013. En termoluminescens (TL) analys av keramik från Applied Clay Science 82:24-30.cairns i Jordanien: Använda TL för att integrera off-site funktioner i regionala kronologier.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N och Li S-H. 2013. .Luminescensdating i arkeologi, antropologi och geoarkeologi: en översikt Cham: Springer.

Seeley M-A. 1975. Termoluminescerande datering i sin tillämpning på arkeologi: En översyn.Journal of Archaeological Science 2(1):17-43.

Singhvi AK och Mejdahl V. 1985. Termoluminescensdatering av sediment.Kärnspår och strålningsmätningar 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. En genomgång av aktuell forskning om TL-datering av loess.Quaternary Science Reviews 9(4):385-397.

Wintle AG och Huntley DJ. 1982. Termoluminescensdatering av sediment.Quaternary Science Reviews 1(1):31-53.