Datazione con luminescenza - Luminescence dating

La datazione con luminescenza si riferisce a un gruppo di metodi per determinare quanto tempo fa i grani minerali sono stati esposti per l'ultima volta alla luce solare oa un riscaldamento sufficiente. È utile ai geologi e agli archeologi che vogliono sapere quando si è verificato un tale evento. Utilizza vari metodi per stimolare e misurare la luminescenza .

Include tecniche come la luminescenza stimolata otticamente (OSL), la luminescenza stimolata dall'infrarosso (IRSL) e la datazione a termoluminescenza (TL). "Datazione ottica" si riferisce in genere a OSL e IRSL, ma non a TL.

Condizioni e precisione

Tutti i sedimenti ei terreni contengono tracce di isotopi radioattivi di elementi come potassio , uranio , torio e rubidio . Questi decadono lentamente nel tempo e la radiazione ionizzante che producono viene assorbita dai grani minerali nei sedimenti come quarzo e feldspato di potassio . La radiazione fa sì che la carica rimanga all'interno dei grani in "trappole di elettroni" strutturalmente instabili. La carica intrappolata si accumula nel tempo a una velocità determinata dalla quantità di radiazione di fondo nel luogo in cui è stato sepolto il campione. La stimolazione di questi grani minerali utilizzando la luce (blu o verde per OSL; infrarossi per IRSL) o il calore (per TL) provoca l'emissione di un segnale di luminescenza quando viene rilasciata l'energia elettronica instabile immagazzinata, la cui intensità varia a seconda della quantità di radiazione assorbita durante la sepoltura e proprietà specifiche del minerale.

La maggior parte dei metodi di datazione a luminescenza si basano sul presupposto che i grani minerali fossero sufficientemente "sbiancati" al momento della datazione dell'evento. Ad esempio, nel quarzo una breve esposizione alla luce del giorno nell'intervallo 1-100 secondi prima della sepoltura è sufficiente per "reimpostare" efficacemente l'orologio di datazione OSL. Questo è di solito, ma non sempre, il caso dei depositi eolici , come dune di sabbia e loess , e alcuni depositi idrici. L'età dell'OSL al quarzo singolo può essere determinata tipicamente da 100 a 350.000 anni BP e può essere affidabile quando vengono utilizzati metodi adeguati e vengono eseguiti controlli adeguati. Le tecniche IRSL del feldspato hanno il potenziale per estendere l'intervallo databile fino a un milione di anni poiché i feldspati hanno tipicamente livelli di saturazione della dose significativamente più elevati rispetto al quarzo, anche se i problemi relativi allo sbiadimento anomalo dovranno essere prima affrontati. Le età possono essere ottenute al di fuori di questi intervalli, ma dovrebbero essere considerate con cautela. L'incertezza di una data OSL è tipicamente 5-10% dell'età del campione.

Esistono due diversi metodi di datazione dell'OSL: dose multipla e rigenerativa (SAR). Nei test ad aliquote multiple, un numero di granelli di sabbia viene stimolato contemporaneamente e viene calcolata la media della firma di luminescenza risultante. Il problema con questa tecnica è che l'operatore non conosce le singole cifre che vengono mediate, quindi se ci sono grani parzialmente presbiancati nel campione può dare un'età esagerata. Contrariamente al metodo ad aliquote multiple, il metodo SAR verifica l'età di seppellimento dei singoli granelli di sabbia che vengono poi tracciati. I depositi misti possono essere identificati e presi in considerazione nel determinare l'età.

Storia

Il concetto di usare la datazione con luminescenza in contesti archeologici è stato suggerito per la prima volta nel 1953 da Farrington Daniels, Charles A. Boyd e Donald F. Saunders, che pensavano che la risposta della termoluminescenza dei frammenti di ceramica potesse datare l'ultima incidenza del riscaldamento. Prove sperimentali su ceramiche archeologiche seguite qualche anno dopo nel 1960 da Grögler et al. Nei decenni successivi, la ricerca sulla termoluminescenza si è concentrata su ceramiche e ceramiche riscaldate, selci bruciate, sedimenti di focolari cotti, pietre da forno da tumuli bruciati e altri oggetti riscaldati.

Nel 1963, Aitken et al. notò che le trappole TL nella calcite potevano essere sbiancate dalla luce solare e dal calore, e nel 1965 Shelkoplyas e Morozov furono i primi ad utilizzare TL fino a datare sedimenti non riscaldati. Nel corso degli anni '70 e all'inizio degli anni '80 si è diffusa la datazione TL di trappole fotosensibili in sedimenti geologici di origine sia terrestre che marina.

La datazione ottica mediante luminescenza stimolata otticamente (OSL) è stata sviluppata nel 1984 da David Huntley e colleghi. Hutt et al. ha posto le basi per la datazione a luminescenza stimolata dall'infrarosso (IRSL) dei feldspati di potassio nel 1988. Il metodo tradizionale OSL si basa sulla stimolazione ottica e sul trasferimento di elettroni da una trappola, a fori situati altrove nel reticolo, richiedendo necessariamente che due difetti si trovino nelle vicinanze prossimità, e quindi è una tecnica distruttiva. Il problema è che i centri di intrappolamento di elettroni/lacune nelle vicinanze soffrono di tunneling localizzato, sradicando il loro segnale nel tempo; è questo problema che attualmente definisce il limite di età superiore per la datazione OSL

Nel 1994, i principi alla base della datazione ottica e della termoluminescenza sono stati estesi per includere superfici in granito, basalto e arenaria, come la roccia scolpita da antichi monumenti e manufatti. Ioannis Liritzis , l'iniziatore della datazione della luminescenza degli edifici antichi, lo ha dimostrato in diversi casi di vari monumenti.

Fisica

La datazione con luminescenza è una delle numerose tecniche in cui un'età viene calcolata come segue:

età = (dose totale di radiazioni assorbita) / (tasso di dose di radiazioni)

Il tasso di dose di radiazione è calcolato dalle misurazioni degli elementi radioattivi (K, U, Th e Rb) all'interno del campione e dei suoi dintorni e il tasso di dose di radiazione dai raggi cosmici . Il tasso di dose è di solito nell'intervallo 0,5 - 5 grigi /1000 anni. La dose totale di radiazione assorbita è determinata eccitando, con luce, minerali specifici (di solito quarzo o feldspato di potassio ) estratti dal campione e misurando la quantità di luce emessa di conseguenza. I fotoni della luce emessa devono avere energie maggiori dei fotoni di eccitazione per evitare la misura della normale fotoluminescenza . Un campione in cui i grani minerali sono stati tutti esposti a luce diurna sufficiente (secondi per il quarzo; centinaia di secondi per il feldspato di potassio) può dirsi di età zero; quando eccitato non emetterà tali fotoni. Più vecchio è il campione, più luce emette, fino a un limite di saturazione.

Minerali

I minerali che vengono misurati sono solitamente grani di sabbia di quarzo o feldspato di potassio o grani di limo non separati. Ci sono vantaggi e svantaggi nell'usare ciascuno. Per il quarzo si utilizzano normalmente le frequenze di eccitazione blu o verde e si misura l'emissione del vicino ultravioletto . Per i grani di dimensioni di feldspato di potassio o limo, viene normalmente utilizzata l'eccitazione nel vicino infrarosso (IRSL) e vengono misurate le emissioni di violetto.

Confronto con la datazione al radiocarbonio

A differenza della datazione al carbonio-14 , i metodi di datazione a luminescenza non richiedono la datazione di una componente organica contemporanea del sedimento; solo quarzo, feldspato di potassio o alcuni altri grani minerali che sono stati completamente sbiancati durante la datazione dell'evento. Questi metodi inoltre non soffrono di sovrastima delle date quando il sedimento in questione è stato mescolato con "vecchio carbonio", oppure14
C -carbonio carente che non ha lo stesso rapporto isotopico dell'atmosfera. In uno studio sulla cronologia dei sedimenti lacustri delle zone aride del lago Ulaan nella Mongolia meridionale , Lee et al. scoprì che le date OSL e al radiocarbonio concordavano in alcuni campioni, ma le date al radiocarbonio erano fino a 5800 anni più vecchie in altri.

I sedimenti con età in disaccordo sono stati determinati per essere depositati da processi eolici. I venti occidentali hanno portato un afflusso di14
C- carenza di carbonio da suoli adiacenti e rocce carbonatiche paleozoiche , un processo che è attivo anche oggi. Questo carbonio rielaborato ha cambiato i rapporti isotopici misurati, dando una falsa età più avanzata. Tuttavia, l'origine del vento di questi sedimenti era ideale per la datazione OSL, poiché la maggior parte dei grani sarebbe stata completamente sbiancata dall'esposizione alla luce solare durante il trasporto e la sepoltura. Lee et al. ha concluso che quando si sospetta il trasporto di sedimenti eolici, specialmente nei laghi di ambienti aridi, il metodo di datazione OSL è superiore al metodo di datazione al radiocarbonio, in quanto elimina un comune problema di errore del "vecchio carbonio".

Altri usi

Uno dei vantaggi della datazione con luminescenza è che può essere utilizzata per confermare l'autenticità di un manufatto. In condizioni di scarsa illuminazione adeguate è possibile utilizzare un campione di decine di milligrammi.

Fascia di età

L'intervallo di età dei metodi di datazione della luminescenza si estende da pochi anni (Montret et al., 1992) a oltre un milione di anni (Fattahi M., Stokes S., 2001).

Appunti

  1. ^ a b Rodi, EJ (2011). "Datazione della luminescenza stimolata otticamente dei sedimenti negli ultimi 250.000 anni". Rassegna annuale delle scienze della Terra e dei pianeti . 39 : 461–488. Bibcode : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146/annurev-terra-040610-133425 .
  2. ^ Murray, AS & Olley, JM (2002). "Precisione e accuratezza nella datazione della luminescenza stimolata otticamente del quarzo sedimentario: una revisione dello stato" (PDF) . Geocronometria . 21 : 1–16 . Estratto l'8 febbraio 2016 .
  3. ^ a b Roberts, RG, Jacobs, Z., Li, B., Jankowski, NR, Cunningham, AC e Rosenfeld, AB (2015). "Datazione ottica in archeologia: trent'anni in retrospettiva e grandi sfide per il futuro" . Giornale di Scienze Archeologiche . 56 : 41–60. doi : 10.1016/j.jas.2015.02.028 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  4. ^ a b c Jacobs, Z e Roberts, R (2007). "Advances in luminescenza stimolata otticamente Incontri di singoli grani di quarzo da depositi archeologici". Antropologia Evolutiva . 16 (6): 218. doi : 10.1002/evan.20150 . S2CID  84231863 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  5. ^ Daniels, F., Boyd, CA, & Saunders, DF (1953). "La termoluminescenza come strumento di ricerca". Scienza . 117 (3040): 343-349. Bibcode : 1953Sci...117..343D . doi : 10.1126/science.117.3040.343 . PMID  17756578 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  6. ^ Grögler, N., Houtermans, FG, & Stauffer, H. (1960). "Über die datierung von keramik und ziegel durch thermolumineszenz" . Helvetica Physica Acta . 33 : 595-596 . Estratto il 16 febbraio 2016 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  7. ^ Aitken, MJ, Tite, MS & Reid, J. (1963). "Datazione termoluminescente: relazione sui progressi". Archeometria . 6 : 65-75. doi : 10.1111/j.1475-4754.1963.tb00581.x .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  8. ^ Shelkoplyas, VN & Morozov, GV (1965). "Alcuni risultati di un'indagine sui depositi quaternari con il metodo della termoluminescenza". Materiali sul periodo quaternario dell'Ucraina . 7° Congresso dell'Associazione Internazionale del Quaternario, Kiev: 83-90.
  9. ^ Wintle, AG & Huntley, DJ (1982). "Datazione termoluminescenza dei sedimenti". Recensioni di scienze quaternarie . 1 (1): 31–53. Bibcode : 1982QSRv....1...31W . doi : 10.1016/0277-3791(82)90018-X .
  10. ^ Huntley, DJ, Godfrey-Smith, DI, & Thewalt, MLW (1985). "Datazione ottica dei sedimenti". Natura . 313 (5998): 105-107. Bibcode : 1985Natur.313..105H . doi : 10.1038/313105a0 . S2CID  4258671 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  11. ^ Hütt, G., Jaek, I. & Tchonka, J. (1988). "Datazione ottica: spettri di stimolazione della risposta ottica dei K-feldspati". Recensioni di scienze quaternarie . 7 (3-4): 381-385. Bibcode : 1988QSRv....7..381H . doi : 10.1016/0277-3791(88)90033-9 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  12. ^ a b Liritzis, I. (2011). "Incontri di superficie per luminescenza: una panoramica" . Geocronometria . 38 (3): 292-302. doi : 10.2478/s13386-011-0032-7 .
  13. ^ Liritzis, I., Polymeris, SG, e Zacharias, N. (2010). "Datazione della luminescenza superficiale di 'Case del drago' e Porta Armena a Styra (Eubea, Grecia)". Archeologia e Archeometria del Mediterraneo . 10 (3): 65–81. Bibcode : 2010MAA....10...65L .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  14. ^ Liritzis, I. (2010). "Strofilas (isola di Andros, Grecia): nuove prove per il periodo neolitico finale delle Cicladi attraverso nuovi metodi di datazione che utilizzano la luminescenza e l'idratazione dell'ossidiana". Giornale di Scienze Archeologiche . 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 e Yoon, HI (2011). "Confronto tra metodi di datazione al radiocarbonio e OSL per un nucleo di sedimenti del tardo Quaternario dal lago Ulaan, in Mongolia". Giornale di Paleolimnologia . 45 (2): 127-135. Bibcode : 2011JPall..45..127L . doi : 10.1007/s10933-010-9484-7 . S2CID  128511753 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  16. ^ Liritzis, Ioannis; Singhvi, Ashok Kumar; piume, James K.; Wagner, Gunther A.; Kadereit, Annette; Zaccaria, Nikolaos; Li, Sheng-Hua (2013), Liritzis, Ioannis; Singhvi, Ashok Kumar; piume, James K.; Wagner, Gunther A. (a cura di), "Test di autenticità basato sulla luminescenza", Incontri con luminescenza in archeologia, antropologia e geoarcheologia: una panoramica , SpringerBriefs in Earth System Sciences , Heidelberg: Springer International Publishing, pp. 41-43, doi : 10.1007/978-3-319-00170-8_5 , ISBN 978-3-319-00170-8

Riferimenti

  • Aitken, MJ (1998). Introduzione alla datazione ottica: la datazione dei sedimenti quaternari mediante l'uso della luminescenza stimolata da fotoni . La stampa dell'università di Oxford. ISBN  0-19-854092-2
  • Greilich S., Glasmacher UA, Wagner GA (2005). "Datazione ottica di superfici in pietra granitica". Archeometria . 47 (3): 645-665. doi : 10.1111/j.1475-4754.2005.00224.x .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Habermann J., Schilles T., Kalchgruber R., Wagner GA (2000). "Passi verso la datazione superficiale mediante luminescenza". Misurazioni delle radiazioni . 32 (5): 847–851. Bibcode : 2000RadM...32..847H . doi : 10.1016/s1350-4487(00)00066-4 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Liritzis I (1994). "Un nuovo metodo di datazione per termoluminescenza di edifici in pietra megalitica scolpita". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série II . 319 (5): 603-610.
  • Liritzis I., Guibert P., Foti F., Schvoerer M. (1997). "Il tempio di Apollo (Delphi) rafforza il nuovo metodo di datazione della termoluminescenza". Geoarcheologia . 12 (5): 479-496. doi : 10.1002/(sici)1520-6548(199708)12:5<479::aid-gea3>3.0.co;2-x .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Liritzis I (2010). "Strofilas (isola di Andros, Grecia): nuove prove del Neolitico finale delle Cicladi datate da nuovi metodi di luminescenza e idratazione dell'ossidiana". Giornale di Scienze Archeologiche . 37 : 1367–1377. doi : 10.1016/j.jas.2009.12.041 .
  • Liritzis I., Sideris C., Vafiadou A., Mitsis J. (2008). "Aspetti mineralogici, petrologici e radioattivi di alcuni materiali da costruzione provenienti da monumenti egiziani dell'Antico Regno". Giornale dei Beni Culturali . 9 (1): 1-13. doi : 10.1016/j.culher.2007.03.009 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Morgenstein ME, Luo S., Ku TL, Feathers J. (2003). "Datazione della serie dell'uranio e della luminescenza di manufatti litici vulcanici". Archeometria . 45 (3): 503-518. doi : 10.1111/1475-4754.00124 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Rodi EJ (2011). "Datazione con luminescenza stimolata otticamente dei sedimenti negli ultimi 200.000 anni". Rassegna annuale delle scienze della Terra e dei pianeti . 39 : 461–488. Bibcode : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146/annurev-terra-040610-133425 .
  • Roberts RG, Jacobs Z., Li B., Jankowski NR, Cunningham AC, Rosenfeld AB (2015). "Datazione ottica in archeologia: trent'anni in retrospettiva e grandi sfide per il futuro" . Giornale di Scienze Archeologiche . 56 : 41–60. doi : 10.1016/j.jas.2015.02.028 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Theocaris PS, Liritzis I., Galloway RB (1997). "Datazione di due piramidi elleniche da una nuova applicazione della termoluminescenza". Giornale di Scienze Archeologiche . 24 (5): 399-405. doi : 10.1006/jasc.1996.0124 .CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Wintle AG, Murray AS (2006). "Una revisione delle caratteristiche di luminescenza stimolata otticamente al quarzo e la loro rilevanza nei protocolli di datazione di rigenerazione a singola aliquota". Misurazioni delle radiazioni 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). "Datazione TL nell'Olocene utilizzando TL rosso da quarzo" (PDF) . Antico TL 10 . 10 : 33-36.CS1 maint: più nomi: elenco autori ( link )
  • Fattahi M., Stokes S. (2001). "Estensione dell'intervallo di tempo della datazione della luminescenza utilizzando TL rosso (RTL) dal quarzo vulcanico". Misurazioni delle radiazioni . 32 (5–6): 479–485. doi : 10.1016/S1350-4487(00)00105-0 .