Luminescence Dating i arkeologi

Luminescensdating (inkludert termoluminescens og optisk stimulert luminescens) er en type dateringsmetodikk som måler mengden av lys som sendes ut fra energi lagret i visse bergarter og avledet jord for å oppnå en absolutt dato for en spesifikk hendelse som skjedde i forbi. Metoden er en direkte dating teknikk, noe som betyr at mengden energi som sendes ut er et direkte resultat av hendelsen som måles. Bedre fremdeles, i motsetning til radiokarbon datering, øker effekten luminescensdatingstiltak med tiden. Som et resultat er det ingen øvre datogrense satt av sensitiviteten til selve metoden, selv om andre faktorer kan begrense metodens gjennomførbarhet.

To former for luminescensdatering brukes av arkeologer til å datere hendelser i fortiden: thermoluminescence (TL) eller termisk stimulert luminescens (TSL), som måler energi som sendes ut etter at en gjenstand har blitt utsatt for temperaturer mellom 400 og 500 ° C; og optisk stimulert luminescens (OSL), som måler energi som sendes ut etter at en gjenstand har blitt utsatt for dagslys.

For å si det enkelt, lagrer visse mineraler (kvarts, feltspat og kalsitt) energi fra solen med en kjent hastighet. Denne energien blir lagt inn i de ufullkomne gitterene i mineralets krystaller. Oppvarming av disse krystaller (for eksempel når a keramikkfartøy blir fyrt opp eller når bergarter blir oppvarmet) tømmer den lagrede energien, hvoretter mineralet begynner å absorbere energi igjen.

TL-datering er et spørsmål om å sammenligne energien som er lagret i en krystall med det "burde" være der, og derved komme med en dato for siste oppvarming. På samme måte, mer eller mindre, måler OSL (optisk stimulert luminescens) datering forrige gang et objekt ble utsatt for sollys. Luminescensdating er bra i mellom noen hundre til (minst) flere hundre tusen år, noe som gjør det mye mer nyttig enn karbondatering.

Begrepet luminescens refererer til energien som sendes ut som lys fra mineraler som kvarts og feltspat etter at de har blitt utsatt for en ioniserende stråling av noe slag. Mineraler - og faktisk alt på planeten vår - blir utsatt for kosmisk stråling: luminescensdating utnytter det faktum at visse mineraler både samler og frigjør energi fra den strålingen under spesifikke forhold.

To former for luminescensdatering brukes av arkeologer til å datere hendelser i fortiden: thermoluminescence (TL) eller termisk stimulert luminescens (TSL), som måler energi som sendes ut etter at en gjenstand har blitt utsatt for temperaturer mellom 400 og 500 ° C; og optisk stimulert luminescens (OSL), som måler energi som sendes ut etter at en gjenstand har blitt utsatt for dagslys.

Krystallinske bergarter og jordsmonn samler energi fra det radioaktive forfallet av kosmisk uran, thorium og kalium-40. Elektroner fra disse stoffene blir fanget i mineralets krystallinske struktur og kontinuerlig eksponering av bergarter til disse elementene over tid fører til forutsigbar økning i antall elektroner fanget i matrisene. Men når berget blir utsatt for høye nivåer av varme eller lys, forårsaker den eksponeringen vibrasjoner i mineralgitterne og de fangede elektronene frigjøres. Eksponeringen for radioaktive elementer fortsetter, og mineralene begynner igjen å lagre gratis elektroner i deres strukturer. Hvis du kan måle hastigheten på anskaffelsen av den lagrede energien, kan du finne ut hvor lang tid det har gått siden eksponeringen skjedde.

Materialer med geologisk opprinnelse vil ha absorbert betydelige mengder stråling siden det ble dannet, så enhver menneskelig forårsaket eksponering varme eller lys vil tilbakestille luminescensuret betydelig mer nylig enn det siden bare energien som er lagret siden hendelsen vil være spilte inn.

Måten du måler energi som er lagret i et objekt som du forventer har blitt utsatt for varme eller lys i det siste, er å stimulere den gjenstanden igjen og måle mengden frigitt energi. Energien som frigjøres ved å stimulere krystallene, kommer til uttrykk i lys (luminescens). Intensiteten til blått, grønt eller infrarødt lys som opprettes når et objekt stimuleres, er proporsjonalt med antall elektroner som er lagret i mineralets struktur og på sin side konverteres de lysenhetene til dose enheter.

Ligningene som ble brukt av lærde for å bestemme datoen da den siste eksponeringen skjedde, er vanligvis:

• Alder = total luminescens / årlig hastighet for erverv av luminescens, eller
• Alder = paleodose (De) / årlig dose (DT)

Hvor De er laboratorie-betadosen som induserer den samme luminescensintensiteten i prøven som sendes ut av den naturlige prøven, og DT er den årlige dosehastigheten som består av flere komponenter av stråling som oppstår ved forfall av naturlig radioaktiv elementer.

Artefakter som kan dateres ved hjelp av disse metodene inkluderer keramikk, brent lithics, brente murstein og jord fra ildstedet (TL), og ubrente steinoverflater som ble utsatt for lys og deretter begravet (OSL).

• Keramikk: Den siste oppvarmingen målt i keramikkskjær antas å representere produksjonshendelsen; signalet oppstår fra kvarts eller feltspat i leiren eller andre herdingstilsetningsstoffer. Selv om keramikkfartøyene kan bli utsatt for varme under matlagingen, er kokingen aldri på tilstrekkelige nivåer til å tilbakestille luminescensuret. TL-datering ble brukt for å bestemme alder på Indus Valley sivilisasjonens yrker, som hadde vist seg motstandsdyktige mot radiokarbondatering, på grunn av det lokale klimaet. Luminescence kan også brukes til å bestemme den opprinnelige branntemperaturen.
• Lithics: Råstoff som flints og cherts er datert av TL; brannkrakket stein fra ildstedene kan også dateres av TL så lenge de ble avfyrt til tilstrekkelig høye temperaturer. Tilbakestillingsmekanismen er først og fremst oppvarmet og fungerer under forutsetning av at råsteinmaterialet ble varmebehandlet under produksjon av steinredskaper. Imidlertid innebærer varmebehandling normalt temperaturer mellom 300 og 400 ° C, ikke alltid tilstrekkelig høye. Den beste suksessen fra TL-datoer på gjenstander av flislagt stein er sannsynligvis fra hendelser da de ble deponert i en ildsted og ved et uhell avfyrt.
• Overflater på bygninger og vegger: De nedgravde elementene av stående vegger i arkeologiske ruiner er datert ved bruk av optisk stimulert luminescens; den avledede datoen gir alder for begravelse av overflaten. Med andre ord, OSL-datoen på en grunnmur i et bygg er siste gang grunnlaget var utsatt for lys før de ble brukt som de første lagene i en bygning, og derav når bygningen var først bygget.
• andre: Det er funnet en viss suksess som daterer gjenstander som beinverktøy, murstein, mørtel, hauger og landbruksterrasser. Antikk slagg igjen fra tidlig metallproduksjon har også blitt datert ved bruk av TL, så vel som absolutt datering av ovnfragmenter eller forglasede foringer av ovner og digler.

Geologer har brukt OSL og TL for å etablere lange loggkronologier av landskap; luminescensdating er et kraftig verktøy for å hjelpe date sentimenter datert til kvartær og mye tidligere perioder.

Thermoluminescence ble først tydelig beskrevet i en artikkel presentert for Royal Society (of Britain) i 1663, av Robert Boyle, som beskrev effekten i en diamant som var blitt varmet opp til kroppstemperatur. Muligheten for å benytte seg av TL lagret i en mineral- eller keramikkprøve ble først foreslått av kjemiker Farrington Daniels på 1950-tallet. I løpet av 1960- og 70-tallet, Oxford University Forskningslaboratorium for Arkeology and History of Art ledet i utviklingen av TL som en metode for datering av arkeologiske materialer.

kilder

Forman SL. 1989. Anvendelser og begrensninger av termoluminescens til dato kvartære sedimenter.Quaternary International 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J, og Maat P. 1988. Potensialet ved bruk av termoluminescens til dags dato begravde jordarter utviklet på kolluviale og fluviale sedimenter fra Utah og Colorado, U.S.A.: foreløpige resultater.Quaternary Science Reviews 7(3-4):287-293.

Fraser JA, og Pris DM. 2013. En termoluminescens (TL) analyse av keramikk fra Applied Clay Science 82:24-30.varder i Jordan: Bruke TL for å integrere off-site funksjoner i regionale kronologier.

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

Seeley M-A. 1975. Termoluminescerende datering i sin anvendelse til arkeologi: En gjennomgang.Journal of Archaeological Science 2(1):17-43.

Singhvi AK, og Mejdahl V. 1985. Termoluminescensdatering av sedimenter.Måling av kjernefysiske spor og stråling 10(1-2):137-161.

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

Wintle AG, og Huntley DJ. 1982. Termoluminescensdatering av sedimenter.Quaternary Science Reviews 1(1):31-53.