Luminesenssi dating - Luminescence dating

Luminesenssimenetelmä viittaa ryhmään menetelmiä sen määrittämiseksi, kuinka kauan sitten mineraalijyvät ovat viimeksi altistuneet auringonvalolle tai riittävälle lämmitykselle. Se on hyödyllistä geologeille ja arkeologeille, jotka haluavat tietää, milloin tällainen tapahtuma tapahtui. Se käyttää erilaisia ​​menetelmiä luminesenssin stimuloimiseksi ja mittaamiseksi .

Se sisältää tekniikoita, kuten optisesti stimuloitu luminesenssi (OSL), infrapuna -stimuloitu luminesenssi (IRSL) ja termoluminesenssin dating (TL). "Optinen dating" viittaa tyypillisesti OSL: ään ja IRSL: ään, mutta ei TL: ään.

Olosuhteet ja tarkkuus

Kaikki sedimentit ja maaperä sisältävät pieniä määriä alkuaineiden, kuten kaliumin , uraanin , toriumin ja rubidiumin , radioaktiivisia isotooppeja . Nämä hajoavat hitaasti ajan myötä ja niiden tuottama ionisoiva säteily imeytyy sedimenttien mineraalijyvissä, kuten kvartsissa ja kalium -maasälpässä . Säteily aiheuttaa varauksen pysymisen rakeiden sisällä rakenteellisesti epävakaissa "elektronilukkoissa". Loukussa oleva varaus kerääntyy ajan mittaan nopeudella, joka määräytyy taustasäteilyn määrän mukaan näytteen hautauspaikassa. Näiden mineraalijyvien stimulointi käyttämällä joko valoa (sininen tai vihreä OSL: lle; infrapuna IRSL: lle) tai lämpöä (TL: lle) saa aikaan luminesenssisignaalin lähettämisen tallennetun epävakaan elektronienergian vapautuessa, jonka voimakkuus vaihtelee hautaamisen aikana absorboitunut säteily ja mineraalin erityisominaisuudet.

Useimmat luminesenssimenetelmämenetelmät perustuvat oletukseen, että mineraalijyvät olivat "valkaistu" riittävästi tapahtuman ajankohtana. Esimerkiksi kvartsissa lyhyt päivänvalon valotus 1–100 sekuntia ennen hautaamista riittää tehokkaasti ”nollaamaan” OSL -kellokellon. Näin on yleensä, mutta ei aina, eolisten kerrostumien, kuten hiekkadyynejen ja lössien , sekä joidenkin vesikerrostumien tapauksessa. Yhden kvartsin OSL -ikä voidaan määrittää tyypillisesti 100 - 350 000 vuoden BP: stä, ja se voi olla luotettava, kun käytetään sopivia menetelmiä ja asianmukaiset tarkastukset. Maasälpä -IRSL -tekniikoilla on mahdollisuus laajentaa datattavaa aluetta jopa miljoonaan vuoteen, koska maasälpäillä on tyypillisesti huomattavasti korkeampi annoksen kyllästymistaso kuin kvartsilla, vaikka epänormaaliin haalistumiseen liittyvät kysymykset on käsiteltävä ensin. Ikärajoja voi saada näiden alueiden ulkopuolelta, mutta niitä on tarkasteltava varoen. OSL-päivämäärän epävarmuus on tyypillisesti 5-10% otoksen iästä.

On olemassa kaksi erilaista OSL-dating-menetelmää: moni-aliquot-annos ja single-aliquot-regenerative-dose (SAR). Useiden erien testauksessa useita hiekkajyviä stimuloidaan samanaikaisesti ja tuloksena oleva luminesenssimerkintä lasketaan keskiarvoksi. Tämän tekniikan ongelma on se, että käyttäjä ei tiedä yksittäisiä lukuja, jotka lasketaan keskiarvoksi, joten jos näytteessä on osittain esivalkaistuja jyviä, se voi antaa liiallisen iän. Toisin kuin moni-aliquot-menetelmä, SAR-menetelmä testaa yksittäisten hiekkajyvästen hautausajat, jotka sitten piirretään. Sekoitetut talletukset voidaan tunnistaa ja ottaa huomioon ikää määritettäessä.

Historia

Käsitettä luminesenssitreffauksen käyttämisestä arkeologisissa yhteyksissä ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1953 Farrington Daniels, Charles A.Boyd ja Donald F.Saunders, joiden mielestä keramiikan sirpaleiden termoluminesenssivaste voisi olla viimeinen lämmitys. Arkeologisen keramiikan kokeelliset kokeet seurasivat muutamaa vuotta myöhemmin vuonna 1960 Grögler et ai. Seuraavien vuosikymmenten aikana termoluminesenssitutkimus keskittyi lämmitettyyn keramiikkaan ja keramiikkaan, palanut sytytyskivet, paistetut tulisakka -sedimentit, poltettujen kumpujen uunikivet ja muut lämmitetyt esineet.

Vuonna 1963 Aitken et ai. totesi, että kalsiitin TL -ansoja voidaan valkaista auringonvalon ja lämmön vaikutuksesta, ja vuonna 1965 Shelkoplyas ja Morozov käyttivät ensimmäisinä TL: tä lämmittämättömiin sedimentteihin. 70- ja 80-luvun alkupuolella valonherkkien ansojen TL-päivämäärät yleistyivät sekä maan- että meren alkuperän geologisissa sedimentteissä.

David Huntley ja hänen kollegansa kehittivät optisen dating optisesti stimuloidun luminesenssin (OSL) avulla vuonna 1984. Hütt et ai. loi perustan kalium -maasälkien infrapuna -stimuloidulle luminesenssille (IRSL) vuodelta 1988. läheisyys, ja siksi se on tuhoisa tekniikka. Ongelmana on, että lähellä olevat elektronien/reikien sieppaamiskeskukset kärsivät paikallisesta tunneloinnista ja poistavat niiden signaalin ajan myötä. juuri tämä asia määrittelee tällä hetkellä OSL-treffien yläikärajan

Vuonna 1994 optisen ja termoluminesenssiajankohdan periaatteita laajennettiin kattamaan graniitista, basaltista ja hiekkakivestä valmistetut pinnat, kuten muinaisista muistomerkeistä ja esineistä veistetty kivi. Ioannis Liritzis , muinaisten rakennusten luminesenssiajankohtien aloittaja, on osoittanut tämän useissa eri muistomerkkien tapauksissa.

Fysiikka

Luminesenssi -dating on yksi monista tekniikoista, joissa ikä lasketaan seuraavasti:

ikä = (absorboitunut säteilyannos) / (säteilyannosnopeus)

Säteilyannosnopeus lasketaan näytteen ja sen ympäristön radioaktiivisten alkuaineiden (K, U, Th ja Rb) mittauksista sekä kosmisista säteilyistä peräisin olevan säteilyannoksen mittauksista . Annosnopeus on yleensä alueella 0,5-5 harmaata /1000 vuotta. Kokonaisabsorboitu säteilyannos määritetään jännittävällä, näytteestä uutetulla valolla, erityisillä mineraaleilla (yleensä kvartsilla tai kalium -maasälpällä ) ja mittaamalla tuloksena syntyvä valomäärä. Fotonit lähetetyn valon on oltava korkeampia energioita kuin magnetointi fotonit välttämiseksi mittaus tavallisten fotoluminesenssin . Näyte, jossa kaikki kivennäisjyvät ovat olleet alttiina riittävälle päivänvalolle (sekuntia kvartsille; satoja sekunteja kaliummaapähkinälle), voidaan sanoa olevan nolla -ikäinen; jännittyneenä se ei säteile tällaisia ​​fotoneja. Mitä vanhempi näyte on, sitä enemmän se lähettää valoa kyllästysrajaan asti.

Mineraalit

Mitattavat mineraalit ovat yleensä joko kvartsi- tai kalium-maasälpähiekan kokoisia jyviä tai erottamattomia lietekokoisia jyviä. Jokaisessa käytössä on etuja ja haittoja. Kvartsissa käytetään yleensä sinistä tai vihreää herätystaajuutta ja mitataan lähes ultraviolettisäteily . Kalium-maasälpä- tai lietekokoisille jyville käytetään tavallisesti lähellä infrapuna-viritystä (IRSL) ja mitataan violetit päästöt.

Vertailu radiohiilen dating

Toisin kuin hiili-14-dating , luminesenssimenetelmämenetelmät eivät edellytä sedimentin nykyaikaisen orgaanisen komponentin päivämäärää; vain kvartsia, kalium -maasälpää tai tiettyjä muita mineraalijyviä, jotka on täysin valkaistu tapahtuman aikana. Nämä menetelmät eivät myöskään kärsi yliarvioinnista, kun kyseinen sedimentti on sekoitettu "vanhaan hiileen", tai14
C -puutehiili, joka ei ole sama isotooppisuhde kuin ilmakehä. Tutkimuksessa, jossa kronologia kuivilla vyöhykkeen lacustrine sedimenttien järven Ulaan Etelä Mongoliassa , Lee et al. havaitsi, että OSL- ja radiohiilen päivämäärät sovittiin joissakin näytteissä, mutta toisissa radiohiilen päivämäärät olivat jopa 5800 vuotta vanhempia.

Sellaisten sedimenttien, joiden ikäerot olivat erilaiset, määritettiin laskeutuvan eolisten prosessien avulla. Länsituulet tuottivat tulvan14
C -riittämätön hiili viereisestä maaperästä ja paleosoikarbonaattikivistä , prosessi, joka on aktiivinen myös tänään. Tämä muokattu hiili muutti mitattuja isotooppisuhteita antaen väärän vanhemman iän. Näiden sedimenttien tuulen puhaltaama alkuperä oli kuitenkin ihanteellinen OSL-deittailuun, koska suurin osa jyvistä olisi valkaistu kokonaan auringonvalolta kuljetuksen ja hautaamisen aikana. Lee et ai. totesi, että kun eolisten sedimenttien kuljettamista epäillään etenkin kuivien ympäristöjen järvissä, OSL-dating-menetelmä on parempi kuin radiohiilen dating-menetelmä, koska se poistaa yleisen "vanhan hiilen" virheongelman.

Muut käyttötarkoitukset

Yksi luminesenssitreffauksen eduista on, että sitä voidaan käyttää esineen aitouden vahvistamiseen. Oikeissa hämärässä olosuhteissa voidaan käyttää kymmenien milligrammojen näytettä.

Ikähaarukka

Luminesenssin dating -menetelmien ikäalue ulottuu muutamasta vuodesta (Montret et ai., 1992) yli miljoonaan vuoteen (Fattahi M., Stokes S., 2001).

Huomautuksia

  1. ^ a b Rhodes, EJ (2011). "Sedimenttien optisesti stimuloitu luminesenssin dating viimeisten 250 000 vuoden aikana". Maa- ja planeetatieteiden vuosikatsaus . 39 : 461–488. Bibcode : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146/annurev-earth-040610-133425 .
  2. ^ Murray, AS & Olley, JM (2002). "Tarkkuus ja tarkkuus sedimentaalisen kvartsin optisesti stimuloidussa luminesenssimittauksessa: tilan tarkastelu" (PDF) . Geokronometria . 21 : 1–16 . Haettu 8. helmikuuta 2016 .
  3. ^ a b Roberts, RG, Jacobs, Z., Li, B., Jankowski, NR, Cunningham, AC ja Rosenfeld, AB (2015). "Optinen dating arkeologiassa: kolmekymmentä vuotta jälkikäteen ja suuria haasteita tulevaisuutta varten" . Arkeologisen tieteen lehti . 56 : 41–60. doi : 10.1016/j.jas.2015.02.028 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ a b c Jacobs, Z ja Roberts, R (2007). "Edistysaskeleet optisesti stimuloidussa luminesenssitreffeissä yksittäisten kvartsijyvien arkeologisista talletuksista". Evoluution antropologia . 16 (6): 218. doi : 10.1002/evan.20150 . S2CID  84231863 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  5. ^ Daniels, F., Boyd, CA, & Saunders, DF (1953). "Termoluminesenssi tutkimusvälineenä". Tiede . 117 (3040): 343–349. Bibcode : 1953Sci ... 117..343D . doi : 10.1126/science.117.3040.343 . PMID  17756578 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  6. ^ Grögler, N., Houtermans, FG ja Stauffer, H. (1960). "Über die datierung von keramik und ziegel durch thermolumineszenz" . Helvetica Physica Acta . 33 : 595–596 . Haettu 16. helmikuuta 2016 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  7. ^ Aitken, MJ, Tite, MS & Reid, J. (1963). "Termoluminesoiva dating: edistymisraportti". Arkeometria . 6 : 65–75. doi : 10.1111/j.1475-4754.1963.tb00581.x .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  8. ^ Shelkoplyas, VN & Morozov, GV (1965). "Jotkut tulokset kvaternaaristen kerrostumien tutkimuksesta termoluminesenssimenetelmällä". Materiaaleja Ukrainan neljänneksestä . 7. kansainvälinen kvaternaariliiton kongressi, Kiova: 83–90.
  9. ^ Wintle, AG & Huntley, DJ (1982). "Sedimenttien termoluminesenssi -dating". Quaternary Science -arvostelut . 1 (1): 31–53. Bibcode : 1982QSRv .... 1 ... 31W . doi : 10.1016/0277-3791 (82) 90018-X .
  10. ^ Huntley, DJ, Godfrey-Smith, DI ja Thewalt, MLW (1985). "Sedimenttien optinen dating". Luonto . 313 (5998): 105–107. Bibcode : 1985Natur.313..105H . doi : 10.1038/313105a0 . S2CID  4258671 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  11. ^ Hütt, G., Jaek, I. & Tchonka, J. (1988). "Optinen dating: K-maasälpäiden optisen vasteen stimulointispektrit". Quaternary Science -arvostelut . 7 (3–4): 381–385. Bibcode : 1988QSRv .... 7..381H . doi : 10.1016/0277-3791 (88) 90033-9 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  12. ^ a b Liritzis, I. (2011). "Surface Dating by Luminescence: yleiskatsaus" . Geokronometria . 38 (3): 292–302. doi : 10.2478/s13386-011-0032-7 .
  13. ^ Liritzis, I., Polymeris, SG ja Zacharias, N. (2010). "Lohikäärmetalojen" ja Armenan portin Surface Luminescence Dating Styrassa (Euboia, Kreikka) ". Välimeren arkeologia ja arkeometria . 10 (3): 65–81. Bibcode : 2010MAA .... 10 ... 65L .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  14. ^ Liritzis, I. (2010). "Strofilas (Androsin saari, Kreikka): uutta näyttöä kykladisen viimeisen neoliittisen ajanjakson ajan uusilla dating -menetelmillä, joissa käytetään luminesenssia ja obsidiaanihydraatiota". Arkeologisen tieteen lehti . 37 (6): 1367 - 1377. doi : 10.1016/j.jas.2009.12.041 .
  15. ^ a b Lee, MK, Lee, YI, Lim, HS, Lee, JI, Choi, JH ja Yoon, HI (2011). "Vertailu radiohiilen ja OSL -dating -menetelmiin Ulaanjärven, Mongolian myöhäisen neljänneksen sedimenttisydämelle". Paleolimnology -lehti . 45 (2): 127–135. Bibcode : 2011JPall..45..127L . doi : 10.1007/s10933-010-9484-7 . S2CID  128511753 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  16. ^ Liritzis, Ioannis; Singhvi, Ashok Kumar; Höyhenet, James K .; Wagner, Gunther A .; Kadereit, Annette; Sakarias, Nikolaos; Li, Sheng-Hua (2013), Liritzis, Ioannis; Singhvi, Ashok Kumar; Höyhenet, James K .; Wagner, Gunther A. (toim.), "Luminesenssipohjainen aitouten testaus", Luminescence Dating in Archaeology, Anthropology, and Geoarchaeology: An Overview , SpringerBriefs in Earth System Sciences, Heidelberg: Springer International Publishing, s. 41–43, doi : 10.1007/978-3-319-00170-8_5 , ISBN 978-3-319-00170-8

Viitteet

  • Aitken, MJ (1998). Johdatus optiseen vuodelta: kvaternaaristen sedimenttien seulonta fotoneilla stimuloidun luminesenssin avulla . Oxford University Press. ISBN  0-19-854092-2
  • Greilich S., Glasmacher UA, Wagner GA (2005). "Graniittisten kivipintojen optinen dating". Arkeometria . 47 (3): 645–665. doi : 10.1111/j.1475-4754.2005.00224.x .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Habermann J., Schilles T., Kalchgruber R., Wagner GA (2000). "Askeleet kohti pinnan dating luminesenssi". Säteilyn mittaukset . 32 (5): 847–851. Bibcode : 2000RadM ... 32..847H . doi : 10.1016/s1350-4487 (00) 00066-4 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Liritzis I (1994). "Uusi dating menetelmä veistetyn megaliittisen kivirakennuksen termoluminesenssilla". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Seri II . 319 (5): 603–610.
  • Liritzis I., Guibert P., Foti F., Schvoerer M. (1997). "Apollon temppeli (Delphi) vahvistaa uutta termoluminesenssin dating -menetelmää". Geoarkeologia . 12 (5): 479–496. doi : 10.1002/(sici) 1520-6548 (199708) 12: 5 <479 :: aid-gea3> 3.0.co; 2-x .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Liritzis I (2010). "Strofilas (Andros Island, Kreikka): Uusi todiste Kykladien lopullisesta neoliitista, joka on päivätty uudella luminesenssilla ja Obsidian -nesteytysmenetelmillä". Arkeologisen tieteen lehti . 37 : 1367 - 1377. doi : 10.1016/j.jas.2009.12.041 .
  • Liritzis I., Sideris C., Vafiadou A., Mitsis J. (2008). "Mineraalitieteelliset, petrologiset ja radioaktiivisuusnäkökohdat joistakin Egyptin Vanhan kuningaskunnan muistomerkkien rakennusmateriaaleista". Journal of Cultural Heritage . 9 (1): 1–13. doi : 10.1016/j.culher.2007.03.009 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Morgenstein ME, Luo S., Ku TL, Feathers J. (2003). "Uraanisarjan ja luminesenssin dating vulkaanisten litisten esineiden". Arkeometria . 45 (3): 503–518. doi : 10.1111/1475-4754.00124 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Rodos EJ (2011). "Sedimenttien optisesti stimuloitu luminesenssilaskenta viimeisten 200 000 vuoden aikana". Maa- ja planeetatieteiden vuosikatsaus . 39 : 461–488. Bibcode : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146/annurev-earth-040610-133425 .
  • Roberts RG, Jacobs Z., Li B., Jankowski NR, Cunningham AC, Rosenfeld AB (2015). "Optinen dating arkeologiassa: kolmekymmentä vuotta jälkikäteen ja suuria haasteita tulevaisuutta varten" . Arkeologisen tieteen lehti . 56 : 41–60. doi : 10.1016/j.jas.2015.02.028 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Theocaris PS, Liritzis I., Galloway RB (1997). "Kahden helleniläisen pyramidin seurustelu uudella termoluminesenssisovelluksella". Arkeologisen tieteen lehti . 24 (5): 399–405. doi : 10.1006/jasc.1996.0124 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Wintle AG, Murray AS (2006). "Katsaus optisesti stimuloiduista kvartsista luminesenssiominaisuuksista ja niiden merkityksestä yhden alikvootin regenerointipäiväkirjoissa". Säteilymittaukset 41, 369–391 . 41 (4): 369. Bibcode : 2006RadM ... 41..369W . doi : 10.1016/j.radmeas.2005.11.001 .
  • Montret, M., Fain, J., Miallier, D. (1992). "TL -dating holoseenissa käyttäen punaista TL: tä kvartsista" (PDF) . Muinainen TL 10 . 10 : 33–36.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Fattahi M., Stokes S. (2001). "Luminesenssiaikataulun ajanjakson pidentäminen käyttämällä tuliperäisen kvartsin punaista TL (RTL)". Säteilyn mittaukset . 32 (5–6): 479–485. doi : 10.1016/S1350-4487 (00) 00105-0 .