Люминисцентни датировки в археологията

Луминесценционното датиране (включително термолуминесценцията и оптически стимулирана луминесценция) е вид методология за датиране, която измерва количеството светлина, излъчвана от енергия, съхранявана в определени видове скали, и получени почви, за да се получи абсолютна дата за конкретно събитие, настъпило в минало. Методът е директен техника за запознанства, което означава, че количеството излъчвана енергия е пряк резултат от измерваното събитие. Още по-добре, за разлика радиовъглеродни запознанства, мерките за датиране на луминисценцията се увеличават с времето. В резултат на това няма горна граница за дата, зададена от чувствителността на самия метод, въпреки че други фактори могат да ограничат приложимостта на метода.

Две форми на датиране на луминесценцията се използват от археолозите за датиране на събития в миналото: термолуминесценция (TL) или термично стимулирана луминесценция (TSL), която измерва излъчваната енергия, след като обектът е изложен на температури между 400 и 500 ° С; и оптически стимулирана луминесценция (OSL), която измерва енергията, излъчвана след като обектът е изложен на дневна светлина.

Казано по-просто, някои минерали (кварц, фелдшпат и калцит) съхраняват енергия от слънцето с известна скорост. Тази енергия се подава в несъвършените решетки на кристалите на минерала. Загряване на тези кристали (например, когато грънчарски съд се изстрелва или когато скалите се нагряват) изпразва запаметената енергия, след което минералът започва отново да абсорбира енергия.

TL датирането е въпрос на сравняване на енергията, съхранявана в кристал, с онова, което "би трябвало" да бъде там, като по този начин излезе с нагрята дата. По същия начин, повече или по-малко, OSL (оптически стимулирана луминесценция) измерва последния път, когато обект е бил изложен на слънчева светлина. Люминесцентните датировки са добри между няколко стотин (поне) няколкостотин хиляди години, което го прави много по-полезен от въглеродните датировки.

Терминът луминесценция се отнася до енергията, излъчвана като светлина от минерали като кварц и фелдшпат след като са били изложени на йонизиращо лъчение от някакъв вид. Минералите - и всъщност всичко на нашата планета - са изложени на космическо излъчване: датирането на луминесценция се възползва от факта, че определени минерали едновременно събират и освобождават енергия от това излъчване при специфични условия.

Две форми на датиране на луминесценцията се използват от археолозите за датиране на събития в миналото: термолуминесценция (TL) или термично стимулирана луминесценция (TSL), която измерва излъчваната енергия, след като обектът е изложен на температури между 400 и 500 ° С; и оптически стимулирана луминесценция (OSL), която измерва енергията, излъчвана след като обектът е изложен на дневна светлина.

Кристалните скални типове и почви събират енергия от радиоактивно разпадане на космическия уран, торий и калий-40. Електроните от тези вещества се улавят в кристалната структура на минерала и продължаващото излагане на скалите към тези елементи с течение на времето водят до предсказуемо увеличаване на броя на уловените в матриците електрони. Но когато скалата е изложена на достатъчно високи нива на топлина или светлина, това излагане предизвиква вибрации в минералните решетки и хванатите електрони се освобождават. Излагането на радиоактивни елементи продължава и минералите започват отново да съхраняват свободни електрони в своите структури. Ако можете да измерите степента на придобиване на акумулираната енергия, можете да разберете колко време е минало от момента на излагането.

Материалите от геологичен произход ще са погълнали значителни количества радиация от момента на образуването си, така че всяко човешко излагане топлината или светлината ще нулират часовника на луминесценцията значително по-скоро от това, тъй като само енергията, съхранявана от събитието, ще бъде записват.

Начинът, по който измервате енергията, съхранявана в обект, който очаквате да е бил изложен на топлина или светлина в миналото, е да стимулирате този обект отново и да измерите количеството освободена енергия. Енергията, отделена чрез стимулиране на кристалите, се изразява в светлина (луминесценция). Интензитетът на синя, зелена или инфрачервена светлина, който се създава при стимулиране на обект, е пропорционален на броят на електроните, съхранявани в структурата на минерала и от своя страна тези светлинни единици се преобразуват в доза единици.

Уравненията, използвани от учените за определяне на датата, на която се е случила последната експозиция, обикновено са:

• Възраст = обща луминесценция / годишна скорост на придобиване на луминесценция, или
• Възраст = палеодоза (De) / годишна доза (DT)

Където De е лабораторната бета доза, която индуцира същия интензитет на луминесценция в пробата, излъчвана от естествената проба, и DT е годишната доза на дозата, състояща се от няколко компонента на радиация, които възникват при разпадането на естествения радиоактивен елементи.

Артефактите, които могат да бъдат датирани по тези методи, включват керамика, изгорена lithics, изгорени тухли и пръст от огнища (TL) и неизгорени каменни повърхности, които са били изложени на светлина и след това са погребани (OSL).

• керамика: Предполага се, че последното отопление, измерено в грънчарски сарми, представлява производственото събитие; сигналът възниква от кварц или фелдшпат в глината или други добавки за закаляване. Въпреки че съдовете за керамични съдове могат да бъдат изложени на топлина по време на готвене, готвенето никога не е на достатъчно нива, за да нулира часовника на луминесценцията. TL датирането се използва за определяне на възрастта на Долината на Инд цивилизационни професии, които се оказаха устойчиви на радиовъглеродни датировки поради местния климат. Луминесценцията може да се използва и за определяне на първоначалната температура на изпичане.
• Lithics: Суровините, като флизелините и винтовете, са датирани от TL; напуканата на огън скала от огнища също може да бъде датирана от TL, стига те да бъдат изстреляни до достатъчно високи температури. Механизмът за нулиране се нагрява предимно и работи при предположението, че суровият каменен материал е бил термично обработен по време на производството на каменни инструменти. Въпреки това, термичната обработка обикновено включва температури между 300 и 400 ° C, не винаги достатъчно високи. Най-добрият успех от датите на TL върху отсечените каменни артефакти вероятно е от събития, когато те са били депонирани в огнище и случайно изстреляни.
• Повърхности на сгради и стени: Погребаните елементи на стоящи стени от археологически руини са датирани с използване на оптически стимулирана луминесценция; получената дата осигурява епохата на заравяне на повърхността. С други думи, датата на OSL върху фундаментна стена на сграда е последният път, когато тази основа е била изложени на светлина, преди да бъдат използвани като първоначални слоеве в сграда, а оттам и когато сградата е била първо построен.
• Други: Има известен успех в датирането на предмети като костни инструменти, тухли, хоросан, могили и селскостопански тераси. Древната шлака, останала от ранното производство на метали, също е датирана с използване на TL, както и абсолютно датиране на фрагменти от пещта или стъклени накладки на пещи и тигели.

Геолозите са използвали OSL и TL за установяване на дълги хронологии на ландшафтите; луминесценционното датиране е мощен инструмент за подпомагане на настроенията към датите, датирани към четвъртичните и много по-ранни периоди.

Термолуминесценцията за първи път е ясно описана в документ, представен на Кралското общество (на Великобритания) през 1663 г. от Робърт Бойл, който описа ефекта в диамант, който е бил затоплен до телесна температура. Възможността за използване на TL, съхранявана в минерална или керамична проба, беше предложена за първи път от химик Фарингтън Даниелс през 50-те години. През 60-те и 70-те години Оксфордският университет Изследователска лаборатория за Археология и История на изкуството доведе до развитието на TL като метод за датиране на археологически материали.

Източници

Форман СЛ. 1989. Приложения и ограничения на термолуминесценцията към днешните кватернерни седименти.Кватернер Интернационал 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J и Maat P. 1988. Потенциалът за използване на термолуминесценция до момента погребани почви, разработени върху коллувиални и флуиални седименти от Юта и Колорадо, САЩ: Предварителни резултати.Кватернерни научни рецензии 7(3-4):287-293.

Fraser JA и Цена DM. 2013. Термолуминесценция (TL) анализ на керамика от Приложна глина наука 82:24-30.cairns в Йордания: Използване на TL за интегриране на функции извън сайта в регионални хронологии.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zacharais N и Li S-H. 2013. .Датиране на луминесценцията в археологията, антропологията и геоархеологията: преглед Чам: Спрингер

Seeley M-A. 1975. Термолуминесцентно датиране в приложението му към археологията: Преглед.Списание за археологическа наука 2(1):17-43.

Сингви АК и Медждал В. 1985. Термолуминесценция датиране на утайки.Ядрени коловози и радиационни измервания 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. Преглед на текущите изследвания на TL датирането на льос.Кватернерни научни рецензии 9(4):385-397.

Wintle AG и Huntley DJ. 1982. Термолуминесценция датиране на утайки.Кватернерни научни рецензии 1(1):31-53.