Luminescence dating

Кіріспе

Минералды дәндердің соңғы рет күн сәулесіне немесе қыздыруға қанша уақыт бұрын ұшырағанын анықтаудың түрі Люминесценттік даталау - минералды дәндердің соңғы рет күн сәулесіне немесе жеткілікті қыздыруға қанша уақыт бұрын ұшырағанын анықтаудың хронологиялық даталау әдістерінің тобы. Бұл кітап геологтар мен археологтарға осындай оқиғаның қашан болғанын білгісі келетіндер үшін пайдалы. Ол люминесценцияны ынталандыру және өлшеу үшін әртүрлі әдістерді қолданады. Ол оптикалық стимуляцияланған люминесценция (OSL), инфрақызыл стимуляцияланған люминесценция (IRSL) және термолюминесценциялық даталау (TL) сияқты әдістерді қамтиды. "Оптикалық даталау" әдетте OSL және IRSL-ге қатысты, бірақ TL емес. Люминесценциялық даталау әдістерінің жас аралығы бірнеше жылдан бір миллионға дейін созылады.

Шарттар мен дәлдігі

Барлық шөгінділер мен топырақтарда калий, уран, торий және рубидий сияқты элементтердің радиоактивті изотоптарының іздері бар. Олар уақыт өте келе баяу ыдырайды, ал олар шығаратын иондаушы сәулеленуді кварц пен калий фельдспары сияқты шөгінділердегі минералды түйіршіктер сіңіреді. Радиация зарядтың түйіршіктерде құрылымы тұрақсыз "электрон тұзақтарында" қалуына себеп болады. Ұсталған заряд уақыт өте келе, үлгі көмілген жердегі фондық сәулеленудің мөлшеріне байланысты анықталады. Бұл минералды түйіршіктерді жарық (OSL үшін көк немесе жасыл; IRSL үшін инфрақызыл) немесе жылу (TL үшін) арқылы ынталандыру сақталған тұрақсыз электрон энергиясы босаған кезде люминесценттік сигналдың шығарылуына әкеледі, оның интенсивтілігі жерлеу кезінде сіңірілген сәулелену мөлшеріне және минералдың ерекше қасиеттеріне байланысты өзгереді. Көптеген люминесценциялық даталау әдістері минералды түйіршіктер даталанған кезде жеткілікті "ағартылған" деп болжайды. Мысалы, кварцта көмуге дейін 1 100 секунд аралығында қысқа уақыт күн сәулесінің әсері OSL даталау сағатын тиімді түрде "қайта орнатуға" жеткілікті. Фелдспаттың IRSL әдістері деректерді миллион жылға дейін кеңейту мүмкіндігіне ие, өйткені фелдспаттар, әдетте, кварцқа қарағанда дозалық қанығу деңгейі айтарлықтай жоғары, бірақ аномальды тозуға қатысты мәселелерді алдымен шешу қажет. Осы диапазоннан тыс дәуірлерді алуға болады, бірақ оларға абай қарауы керек. OSL-нің белгісіздігі әдетте үлгі жасының 5-10% құрайды. OSL-ді анықтаудың екі әдісі бар: бірнеше аликвот дозасы және бірлиттік аликвот регенеративті дозасы (SAR). Бірнеше аликоталық сынақ кезінде бір уақытта бірнеше құм түйіршігі ынталандырылады және алынған люминесценция белгісінің орташа көрсеткіші алынады. Бұл әдістің қиындығы - оператор орташаланған жеке сандарды білмейді, сондықтан егер сынамада жартылай ағартылған дәндер болса, ол тым үлкен жасқа ие болуы мүмкін. Археологиялық керамикаға эксперименталды сынақтарды бірнеше жылдан кейін 1960 жылы Grögler және басқалар жүргізді. Келесі онжылдықтарда термолюминесценция зерттеулері қыздырылған қыш және керамикаға, күйдірілген қыш тақталарына, пісірілген от шөгінділеріне, күйдірілген үйінділерден алынған пеш тастарына және басқа да қыздырылған заттарға бағытталған. 1965 жылы Шелкопляс пен Морозов бірінші болып ТЛ-ді қыздырылмаған шөгінділерді даталауға қолданды. 70-ші және 80-ші жылдардың басында жер бетіндегі және теңіздегі геологиялық шөгінділердегі жарыққа сезімтал тұзақтарды ТЛ-мен санау кеңінен таралды. Оптикалық стимуляцияланған люминесценция (ОСЛ) пайдаланған оптикалық даталау 1984 жылы Дэвид Дж. Хантли және оның әріптестері әзірлеген. Хютт және басқалар. 1988 жылы калий фельдспаттарының инфрақызыл стимуляцияланған люминесценция (IRSL) мерзімін белгілеудің негізін қалады. Дәстүрлі OSL әдісі оптикалық ынталандыруға және электрондарды бір тұзақтан тордың басқа жерлерінде орналасқан тесіктерге міндетті түрде екі ақаудың жақын жерде болуын талап етеді, сондықтан бұл деструктивті әдіс. 1994 жылы оптикалық және термолюминесценттік даталау принциптері граниттен, базальттан және құмтастан жасалған беттерді, мысалы, көне ескерткіштер мен артефакттердің оюлы тасын қамтиды. Иоаннис Лирицис, ежелгі ғимараттарды люминесценциялық санаудың бастамашысы, мұны әртүрлі ескерткіштердің бірнеше жағдайында көрсетті.

All sediments and soils contain trace amounts of radioactive isotopes of elements such as potassium, uranium, thorium, and rubidium. These slowly decay over time and the ionizing radiation they produce is absorbed by mineral grains in the sediments such as quartz and potassium feldspar. The radiation causes charge to remain within the grains in structurally unstable "electron traps". The trapped charge accumulates over time at a rate determined by the amount of background radiation at the location where the sample was buried. Stimulating these mineral grains using either light (blue or green for OSL; infrared for IRSL) or heat (for TL) causes a luminescence signal to be emitted as the stored unstable electron energy is released, the intensity of which varies depending on the amount of radiation absorbed during burial and specific properties of the mineral. Most luminescence dating methods rely on the assumption that the mineral grains were sufficiently "bleached" at the time of the event being dated. For example, in quartz a short daylight exposure in the range of 1–100 seconds before burial is sufficient to effectively “reset” the OSL dating clock. Feldspar IRSL techniques have the potential to extend the datable range out to a million years as feldspars typically have significantly higher dose saturation levels than quartz, though issues regarding anomalous fading will need to be dealt with first. Ages can be obtained outside these ranges, but they should be regarded with caution. The uncertainty of an OSL date is typically 5 10% of the age of the sample. There are two different methods of OSL dating: multiple aliquot dose and single aliquot regenerative dose (SAR). In multiple aliquot testing, a number of grains of sand are stimulated at the same time and the resulting luminescence signature is averaged. The problem with this technique is that the operator does not know the individual figures that are being averaged, and so if there are partially prebleached grains in the sample it can give an exaggerated age. Experimental tests on archaeological ceramics followed a few years later in 1960 by Grögler et al. Over the next few decades, thermoluminescence research was focused on heated pottery and ceramics, burnt flints, baked hearth sediments, oven stones from burnt mounds and other heated objects. and in 1965 Shelkoplyas and Morozov were the first to use TL to date unheated sediments. Throughout the 70s and early 80s TL dating of light sensitive traps in geological sediments of both terrestrial and marine origin became more widespread. Optical dating using optically stimulated luminescence (OSL) was developed in 1984 by David J. Huntley and colleagues. Hütt et al. laid the groundwork for the infrared stimulated luminescence (IRSL) dating of potassium feldspars in 1988. The traditional OSL method relies on optical stimulation and transfer of electrons from one trap, to holes located elsewhere in the lattice – necessarily requiring two defects to be in nearby proximity, and hence it is a destructive technique. The problem is that nearby electron/hole trapping centres suffer from localized tunneling, eradicating their signal over time; it is this issue that currently defines the upper age limit for OSL dating

In 1994, the principles behind optical and thermoluminescence dating were extended to include surfaces made of granite, basalt and sandstone, such as carved rock from ancient monuments and artifacts. Ioannis Liritzis, the initiator of ancient buildings luminescence dating, has shown this in several cases of various monuments.