Luminiscences iepazīšanās

Kosmiskā arheoloģiskās datēšanas metode

Labajos attēlos redzams, ka fluorīts kvēlo pēc uzsildīšanas uz sildvirsmas.

Mauswiesel / CCTV / Wikimedia Commons

Luminiscences datēšana (tostarp termoluminiscence un optiski stimulēta luminiscence) ir datēšanas metodika, kas mēra gaismas daudzumu, ko izstaro no enerģijas, kas uzkrāta noteiktos iežu tipos un atvasinātās augsnēs, lai iegūtu absolūtu datumu konkrētam pagātnē notikušam notikumam. Metode ir tieša iepazīšanās tehnika , kas nozīmē, ka izstarotās enerģijas daudzums ir tiešs izmērītā notikuma rezultāts. Vēl labāk, atšķirībā no tā radiooglekļa datēšana , luminiscences datēšanas pasākumu ietekme ar laiku palielinās. Rezultātā nav augšējā datuma ierobežojuma, ko nosaka pašas metodes jutīgums, lai gan citi faktori var ierobežot metodes iespējamību.

Kā darbojas luminiscences iepazīšanās

Arheologi izmanto divus luminiscences datēšanas veidus, lai datētu pagātnes notikumus: termoluminiscenci (TL) vai termiski stimulētu luminiscenci (TSL), kas mēra enerģiju, kas izstaro pēc tam, kad objekts ir pakļauts temperatūrai no 400 līdz 500°C; un optiski stimulētā luminiscence (OSL), kas mēra enerģiju, kas izstaro pēc tam, kad objekts ir pakļauts dienasgaismai.

Vienkārši sakot, daži minerāli (kvarcs, laukšpats un kalcīts) uzkrāj saules enerģiju zināmā ātrumā. Šī enerģija atrodas minerālu kristālu nepilnīgajos režģos. Šo kristālu karsēšana (piemēram, kad a keramikas trauks tiek apdedzināts vai kad akmeņi tiek karsēti) iztukšo uzkrāto enerģiju, pēc kura laika minerāls atkal sāk absorbēt enerģiju.

TL datēšana ir jautājums par kristālā uzkrātās enerģijas salīdzināšanu ar to, kam tur vajadzētu būt, tādējādi iegūstot pēdējās uzsildīšanas datumu. Tādā pašā veidā vairāk vai mazāk OSL (optiski stimulēta luminiscences) datēšana mēra pēdējo reizi, kad objekts tika pakļauts saules gaismai. Luminiscences datēšana ir piemērota no dažiem simtiem līdz (vismaz) vairākiem simtiem tūkstošu gadu, padarot to daudz noderīgāku par oglekļa datēšanu.

Luminiscences nozīme

Termins luminiscence attiecas uz enerģiju, ko izstaro gaisma no minerāliem, piemēram, kvarca un laukšpats pēc tam, kad tie ir bijuši pakļauti an jonizējošā radiācija sava veida. Minerāli — un patiesībā viss uz mūsu planētas — ir pakļauti tam kosmiskais starojums : luminiscences datēšana izmanto to, ka daži minerāli īpašos apstākļos gan savāc, gan atbrīvo enerģiju no šī starojuma.

Arheologi izmanto divus luminiscences datēšanas veidus, lai datētu pagātnes notikumus: termoluminiscenci (TL) vai termiski stimulētu luminiscenci (TSL), kas mēra enerģiju, kas izstaro pēc tam, kad objekts ir pakļauts temperatūrai no 400 līdz 500°C; un optiski stimulētā luminiscence (OSL), kas mēra enerģiju, kas izstaro pēc tam, kad objekts ir pakļauts dienasgaismai.

Kristāliski iežu veidi un augsnes savāc enerģiju no kosmiskā urāna, torija un kālija-40 radioaktīvās sabrukšanas. Šo vielu elektroni tiek iesprostoti minerāla kristāliskajā struktūrā, un, turpinot iežu pakļaušanu šiem elementiem laika gaitā, paredzams matricās noķerto elektronu skaits palielinās. Bet, kad iezis tiek pakļauts pietiekami augstam siltuma vai gaismas līmenim, šī iedarbība izraisa vibrācijas minerālu režģos un ieslodzītie elektroni tiek atbrīvoti. Radioaktīvo elementu iedarbība turpinās, un minerāli atkal sāk uzglabāt brīvos elektronus savās struktūrās. Ja varat izmērīt uzkrātās enerģijas iegūšanas ātrumu, varat noskaidrot, cik ilgs laiks ir pagājis kopš iedarbības.

Ģeoloģiskās izcelsmes materiāli kopš to veidošanās būs absorbējuši ievērojamu daudzumu starojuma, tāpēc jebkura cilvēka izraisīta siltuma vai gaismas iedarbība atiestatīs luminiscences pulksteni ievērojami vēlāk, jo tiks reģistrēta tikai kopš notikuma uzkrātā enerģija.

Uzkrātās enerģijas mērīšana

Veids, kā jūs izmērāt enerģiju, kas uzkrāta objektā, kas, jūsuprāt, pagātnē ir bijis pakļauts siltumam vai gaismai, ir vēlreiz stimulēt šo objektu un izmērīt atbrīvotās enerģijas daudzumu. Enerģija, kas izdalās, stimulējot kristālus, tiek izteikta gaismā (luminiscence). Zilās, zaļās vai infrasarkanās gaismas intensitāte, kas rodas, kad objekts tiek stimulēts, ir proporcionāls minerālu struktūrā uzkrāto elektronu skaitam, un, savukārt, šīs gaismas vienības tiek pārvērstas dozas vienībās.

Vienādojumi, ko zinātnieki izmanto, lai noteiktu pēdējās iedarbības datumu, parasti ir:

• Vecums = kopējā luminiscence/gada luminiscences iegūšanas ātrums vai
• Vecums = paleodoze (De)/gada deva (DT)

Kur De ir laboratorijas beta deva, kas izraisa tādu pašu luminiscences intensitāti dabiskā parauga izstarotajā paraugā, un DT ir gada devas jauda, ​​kas sastāv no vairākām starojuma sastāvdaļām, kas rodas dabisko radioaktīvo elementu sabrukšanas procesā.

Datējami notikumi un objekti

Artefakti, kurus var datēt, izmantojot šīs metodes, ietver sadedzinātu keramikulitika, sadedzināti ķieģeļi un grunts no pavardiem (TL), kā arī nesadegušas akmens virsmas, kas tika pakļautas gaismas iedarbībai un pēc tam apraktas (OSL).

• Keramika : tiek pieņemts, ka pēdējā sildīšana, kas izmērīta keramikas šķiedrās, atspoguļo ražošanas notikumu; signāls rodas no kvarca vai laukšpata mālā vai citās rūdīšanas piedevās. Lai gan gatavošanas laikā keramikas traukus var pakļaut karstumam, gatavošana nekad nav pietiekamā līmenī, lai atiestatītu luminiscences pulksteni. TL iepazīšanās tika izmantota, lai noteiktu vecumu Indas ieleja civilizācijas profesijām, kuras vietējā klimata dēļ bija izrādījušās izturīgas pret radiooglekļa datēšanu. Luminiscenci var izmantot arī, lai noteiktu sākotnējo degšanas temperatūru.
• Litika : TL ir datējis izejmateriālus, piemēram, kramus un sārņus; TL var datēt arī uguns krekinga iezi no pavardiem, ja vien tie tika apdedzināti pietiekami augstā temperatūrā. Atiestatīšanas mehānisms galvenokārt tiek uzkarsēts un darbojas, pamatojoties uz pieņēmumu, ka akmens instrumentu ražošanas laikā neapstrādāts akmens materiāls tika termiski apstrādāts. Tomēr termiskā apstrāde parasti ietver temperatūru no 300 līdz 400°C, kas ne vienmēr ir pietiekami augsta. Vislabākie panākumi no TL datumiem uz šķembu artefaktiem, visticamāk, ir no notikumiem, kad tie tika noglabāti pavardā un nejauši izšauti.
• Ēku un sienu virsmas : Arheoloģisko drupu stāvo sienu apraktie elementi datēti, izmantojot optiski stimulētu luminiscenci; atvasinātais datums sniedz virsmas apbedīšanas vecumu. Citiem vārdiem sakot, OSL datums uz ēkas pamatu sienas ir pēdējā reize, kad pamats tika pakļauts gaismai, pirms tos izmantoja kā sākotnējos slāņus ēkā, un līdz ar to arī tad, kad ēka pirmo reizi tika uzcelta.
• Citi : Zināmi panākumi ir gūti ar tādiem datēšanas objektiem kā kaulu instrumenti, ķieģeļi, java, pilskalni un lauksaimniecības terases. Izmantojot TL, datēti arī senie izdedži, kas palikuši no agrīnās metāla ražošanas, kā arī absolūtā krāsns lauskas vai krāšņu un tīģeļu stiklveida oderējumu datēšana.

Ģeologi ir izmantojuši OSL un TL, lai izveidotu ainavu garas hronoloģijas; luminiscences datēšana ir spēcīgs instruments, kas palīdz datēt noskaņojumu, kas datēts ar kvartāru un daudz agrākiem periodiem.

Zinātnes vēsture

Termoluminiscence pirmo reizi tika skaidri aprakstīta dokumentā, kas tika iesniegts Karaliskajai biedrībai (Lielbritānijas) 1663. gadā. Roberts Boils , kurš aprakstīja efektu dimantā, kas bija uzsildīts līdz ķermeņa temperatūrai. Iespēju izmantot minerālu vai keramikas paraugā uzglabāto TL vispirms ierosināja ķīmiķis Faringtons Daniels pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados. 1960. un 70. gados Oksfordas universitāte Pētniecības laboratorija par arheoloģiju un mākslas vēsturi vadīja TL kā arheoloģisko materiālu datēšanas metodes izstrādi.

Avoti

Tie veido SL. 1989. gads. Termoluminiscences pielietojumi un ierobežojumi līdz šim kvartāra nogulumiem. Kvartāra starptautiskā 1:47-59.

Forman SL, Jackson ME, McCalpin J un Maat P. 1988. Termoluminiscences izmantošanas potenciāls līdz šim apraktajās augsnēs, kas attīstījušās uz koluviālajiem un fluviālajiem nogulumiem no Jūtas un Kolorādo, ASV: provizoriskie rezultāti. Kvartāra zinātnes apskati 7(3-4):287-293.

Fraser JA un Price DM. 2013. gads. Keramikas termoluminiscences (TL) analīze no Lietišķā māla zinātne 82:24-30. Kērnsa Jordānijā: TL izmantošana, lai integrētu ārpus vietnes esošās funkcijas reģionālajās hronoloģijās.

Liritzis I, Singhvi AK, Feathers JK, Wagner GA, Kadereit A, Zachary N un Lee S-H. 2013. gads. . Luminiscences iepazīšanās arheoloģijā, antropoloģijā un ģeoarheoloģijā: pārskats Čams: Springers.

Sīlija M-A. 1975. gads. Termoluminiscējošā datēšana tās pielietojumā arheoloģijā: pārskats. Arheoloģijas zinātnes žurnāls 2(1):17-43.

Singhvi AK un Mejdahl V. 1985. Nogulumu termoluminiscences datēšana. Kodolsliedes un radiācijas mērījumi 10(1-2):137-161.

Wintle AG. 1990. gads. Pārskats par pašreizējiem lesa TL datēšanas pētījumiem. Kvartāra zinātnes apskati 9(4):385-397.

Wintle AG un Huntley DJ. 1982. gads. Nogulumu termoluminiscences datēšana. Kvartāra zinātnes apskati 1(1):31-53.