Люминесцентное датирование
Люминесцентное датирование относится к группе методов хронологического датирования , позволяющих определить, как давно минеральные зерна в последний раз подвергались воздействию солнечного света или достаточному нагреву. Будет полезно геологам и археологам , желающим узнать, когда произошло такое событие. Он использует различные методы для стимуляции и измерения люминесценции .
Он включает в себя такие методы, как оптически стимулированная люминесценция (OSL), инфракрасная стимулированная люминесценция (IRSL) и термолюминесцентное датирование (TL). «Оптическое датирование» обычно относится к OSL и IRSL, но не к TL. Возрастной диапазон люминесцентных методов датирования простирается от нескольких лет. [ 1 ] до более миллиона лет. [ 2 ]
Условия и точность
[ редактировать ]Все отложения и почвы содержат следовые количества радиоактивных изотопов таких элементов, как калий , уран , торий и рубидий . Они медленно разлагаются с течением времени, а производимое ими ионизирующее излучение поглощается минеральными зернами в отложениях, такими как кварц и калиевый полевой шпат . Излучение заставляет заряд оставаться внутри зерен в структурно нестабильных «электронных ловушках». Захваченный заряд накапливается со временем со скоростью, определяемой количеством фонового излучения в месте, где был закопан образец. Стимуляция этих минеральных зерен с помощью света (синего или зеленого для OSL; инфракрасного для IRSL) или тепла (для TL) приводит к излучению сигнала люминесценции по мере высвобождения накопленной нестабильной энергии электронов, интенсивность которого варьируется в зависимости от количества Радиация, поглощаемая при захоронении, и специфические свойства минерала.
Большинство методов люминесцентного датирования основаны на предположении, что минеральные зерна были достаточно «отбелены» на момент датируемого события. Например, в кварце короткое воздействие дневного света в диапазоне 1–100 секунд перед захоронением достаточно, чтобы эффективно «сбросить» часы датирования OSL. [ 3 ] Обычно, но не всегда, это происходит с эоловыми отложениями, такими как песчаные дюны и лёссы , а также с некоторыми водными отложениями. Одинокий Возраст OSL кварца обычно может быть определен от 100 до 350 000 лет назад, и он может быть надежным при использовании подходящих методов и проведении надлежащих проверок. [ 4 ] Методы полевого шпата IRSL потенциально могут расширить диапазон данных до миллиона лет, поскольку полевые шпаты обычно имеют значительно более высокие уровни дозового насыщения, чем кварц, хотя сначала необходимо будет решить проблемы, связанные с аномальным затуханием. [ 3 ] Возраст можно получить за пределами этих диапазонов, но к нему следует относиться с осторожностью. Неопределенность даты OSL обычно составляет 5–10% от возраста выборки. [ 5 ]
Существует два различных метода датирования OSL: многократная аликвотная доза и однократная регенеративная доза (SAR). При тестировании нескольких аликвот несколько песчинок стимулируются одновременно, и результирующая характеристика люминесценции усредняется. [ 6 ] Проблема этого метода заключается в том, что оператор не знает отдельных усредняемых цифр, и поэтому, если в образце присутствуют частично предварительно отбеленные зерна, это может дать преувеличенный возраст. [ 6 ] В отличие от метода нескольких аликвот, метод SAR проверяет возраст захоронения отдельных песчинок, который затем наносится на график. Могут быть выделены смешанные отложения и учтены при определении возраста. [ 6 ]
История
[ редактировать ]Идея использования люминесцентного датирования в археологическом контексте была впервые предложена в 1953 году Фаррингтоном Дэниелсом, Чарльзом А. Бойдом и Дональдом Ф. Сондерсом, которые считали, что термолюминесцентная реакция керамических черепков может датировать последний случай нагревания. [ 7 ] Несколько лет спустя, в 1960 году, Грёглер и др. провели экспериментальные испытания археологической керамики. [ 8 ] В течение следующих нескольких десятилетий исследования термолюминесценции были сосредоточены на нагретой керамике и керамике, обожженных кремнях, обожженных отложениях очага, камнях для печи из сожженных курганов и других нагретых объектах. [ 5 ]
В 1963 году Эйткен и др. отметил, что ловушки TL в кальците могут обесцвечиваться как под воздействием солнечного света, так и под воздействием тепла, [ 9 ] а в 1965 г. Шелкопляс и Морозов первыми применили ТЛ для датирования непрогретых отложений. [ 10 ] В 70-х и начале 80-х годов TL-датирование светочувствительных ловушек в геологических отложениях как наземного, так и морского происхождения получило все большее распространение. [ 11 ]
Оптическое датирование с использованием оптически стимулированной люминесценции (OSL) было разработано в 1984 году Дэвидом Дж. Хантли и его коллегами. [ 12 ] Хютт и др. заложил основу для датирования калиевых полевых шпатов методом инфракрасной стимулированной люминесценции (IRSL) в 1988 году. [ 13 ] Традиционный метод OSL основан на оптической стимуляции и переносе электронов из одной ловушки к дыркам, расположенным в другом месте решетки, что обязательно требует, чтобы два дефекта находились поблизости, и, следовательно, это разрушительный метод. Проблема в том, что близлежащие центры захвата электронов/дырок страдают от локализованного туннелирования, которое со временем уничтожает их сигнал; именно этот вопрос в настоящее время определяет верхний возрастной предел для свиданий OSL.
В 1994 году принципы оптического и термолюминесцентного датирования были расширены и теперь включают поверхности из гранита, базальта и песчаника, такие как резные скалы из древних памятников и артефактов. Иоаннис Лирицис , инициатор люминесцентного датирования древних зданий, показал это на нескольких примерах различных памятников. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
Физика
[ редактировать ]Люминесцентное датирование — один из нескольких методов, при которых возраст рассчитывается следующим образом:
возраст = (общая поглощенная доза радиации) / (мощность дозы радиации) [ 14 ]
Мощность дозы радиации рассчитывается на основе измерений радиоактивных элементов (K, U, Th и Rb) в образце и его окрестностях, а также мощности дозы радиации от космических лучей . Мощность дозы обычно находится в пределах 0,5–5 грей /1000 лет. Общая поглощенная доза радиации определяется путем возбуждения светом определенных минералов (обычно кварца или калиевого полевого шпата ), извлеченных из образца, и измерения количества испускаемого в результате света. Фотоны излучаемого света должны иметь более высокие энергии, чем фотоны возбуждения , чтобы избежать измерения обычной фотолюминесценции . Можно сказать, что образец, в котором все минеральные зерна подверглись достаточному воздействию дневного света (секунды для кварца; сотни секунд для калиевого полевого шпата), имеет нулевой возраст; при возбуждении он не будет излучать такие фотоны. Чем старше образец, тем больше света он излучает, вплоть до предела насыщения.
Минералы
[ редактировать ]Измеряемые минералы обычно представляют собой зерна кварца или калиевого полевого шпата размером с песок или неотделенные зерна размером с ил. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Для кварца обычно используются синие или зеленые частоты возбуждения и в ближнем ультрафиолетовом диапазоне измеряется излучение . Для зерен калиевого полевого шпата или алеврита обычно используется возбуждение в ближнем инфракрасном диапазоне (IRSL) и измерение фиолетового излучения.
Сравнение с радиоуглеродным датированием
[ редактировать ]В отличие от датирования по углероду-14 , методы люминесцентного датирования не требуют датирования современного органического компонента осадка; только кварц, калиевый полевой шпат или некоторые другие минеральные зерна, которые были полностью отбелены во время датируемого события. Эти методы также не страдают завышением дат, когда рассматриваемый осадок был смешан со «старым углеродом» или 14
C -дефицитный углерод, соотношение изотопов которого отличается от атмосферы. При исследовании хронологии озерных засушливой отложений зоны озера Улаан на юге Монголии Lee et al. обнаружили, что OSL и радиоуглеродные даты совпадают в некоторых образцах, но радиоуглеродные даты были на 5800 лет старше в других. [ 17 ]
Было установлено, что отложения разного возраста отложились в результате эоловых процессов. Западные ветры принесли 14
С -дефицит углерода из прилегающих почв и палеозойских карбонатных пород, процесс, который активен и сегодня. Этот переработанный углерод изменил измеренные изотопные соотношения, дав ложный более старый возраст. Однако перенос этих отложений ветром идеально подходил для датирования OSL, поскольку большинство зерен были полностью обесцвечены под воздействием солнечного света во время транспортировки и захоронения. Ли и др. пришли к выводу, что при подозрении на перенос эоловых отложений, особенно в озерах в засушливой среде, метод датирования OSL превосходит метод радиоуглеродного датирования, поскольку он устраняет распространенную проблему ошибок «старого углерода». [ 17 ]
Другое использование
[ редактировать ]Одним из преимуществ люминесцентного датирования является то, что его можно использовать для подтверждения подлинности артефакта. В надлежащих условиях низкой освещенности можно использовать образец в десятки миллиграммов. [ 18 ]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Монтрет и др., 1992.
- ^ Фаттахи М., Стоукс С., 2001 г.
- ^ Jump up to: а б Роудс, EJ (2011). «Оптически стимулированная люминесценция датирования отложений за последние 250 000 лет». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 39 : 461–488. Бибкод : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146/annurev-earth-040610-133425 .
- ^ Мюррей, А.С. и Олли, Дж.М. (2002). «Точность и достоверность датирования осадочного кварца с помощью оптически стимулированной люминесценции: обзор состояния» (PDF) . Геохронометрия . 21 :1–16 . Проверено 8 февраля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Робертс, Р.Г., Джейкобс, З., Ли, Б., Янковски, Н.Р., Каннингем, А.К., и Розенфельд, А.Б. (2015). «Оптическое датирование в археологии: тридцать лет ретроспективы и грандиозные задачи на будущее» . Журнал археологической науки . 56 : 41–60. дои : 10.1016/j.jas.2015.02.028 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с Джейкобс З. и Робертс Р. (2007). «Достижения в датировании оптически стимулированной люминесценции отдельных зерен кварца из археологических отложений». Эволюционная антропология . 16 (6): 218. дои : 10.1002/evan.20150 . S2CID 84231863 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Дэниелс Ф., Бойд, Калифорния, и Сондерс, Д.Ф. (1953). «Термолюминесценция как инструмент исследования». Наука . 117 (3040): 343–349. Бибкод : 1953Sci...117..343D . дои : 10.1126/science.117.3040.343 . ПМИД 17756578 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Греглер Н., Хоутерманс Ф.Г. и Штауффер Х. (1960). «О датировке керамики и кирпича методом термолюминесценции» . Гельветика Физика Акта . 33 :595–596 . Проверено 16 февраля 2016 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Эйткен, М.Дж., Тайт, М.С. и Рид, Дж. (1963). «Термолюминесцентное датирование: отчет о ходе работы». Археометрия . 6 : 65–75. дои : 10.1111/j.1475-4754.1963.tb00581.x .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Шелкопляс В. Н., Морозов Г. В. (1965). «Некоторые итоги исследования четвертичных отложений термолюминесцентным методом». Материалы по четвертичному периоду Украины . 7-й конгресс Международной четвертичной ассоциации, Киев: 83–90.
- ^ Винтл, А.Г. и Хантли, диджей (1982). «Термолюминесцентное датирование осадков». Четвертичные научные обзоры . 1 (1): 31–53. Бибкод : 1982QSRv....1...31W . дои : 10.1016/0277-3791(82)90018-X .
- ^ Хантли, ди-джей, Годфри-Смит, DI, и Теволт, MLW (1985). «Оптическое датирование отложений». Природа . 313 (5998): 105–107. Бибкод : 1985Natur.313..105H . дои : 10.1038/313105a0 . S2CID 4258671 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Хютт Г., Джек И. и Чонка Дж. (1988). «Оптическое датирование: спектры стимуляции оптического ответа калишпата». Четвертичные научные обзоры . 7 (3–4): 381–385. Бибкод : 1988QSRv....7..381H . дои : 10.1016/0277-3791(88)90033-9 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Лирицис, И. (2011). «Датирование поверхности по люминесценции: обзор» . Геохронометрия . 38 (3): 292–302. дои : 10.2478/s13386-011-0032-7 .
- ^ Лирицис И., Полимерис С.Г. и Захариас Н. (2010). «Поверхностное люминесцентное датирование «Домов Дракона» и ворот Армена в Стире (Эвбея, Греция)». Средиземноморская археология и археометрия . 10 (3): 65–81. Бибкод : 2010MAA....10...65L .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Лирицис, И. (2010). «Строфилас (остров Андрос, Греция): новые свидетельства кикладского последнего периода неолита с помощью новых методов датирования с использованием люминесценции и гидратации обсидиана». Журнал археологической науки . 37 (6): 1367–1377. дои : 10.1016/j.jas.2009.12.041 .
- ^ Jump up to: а б Ли, МК, Ли, Й.И., Лим, Х.С., Ли, Дж.И., Чхве, Дж.Х. и Юн, Х.И. (2011). «Сравнение методов радиоуглеродного датирования и датирования OSL керна позднечетвертичных отложений озера Улаан, Монголия». Журнал палеолимнологии . 45 (2): 127–135. Бибкод : 2011JPall..45..127L . дои : 10.1007/s10933-010-9484-7 . S2CID 128511753 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Лирицис, Иоаннис; Сингхви, Ашок Кумар; Перья, Джеймс К.; Вагнер, Гюнтер А.; Кадерейт, Аннетт; Захариас, Николаос; Ли, Шэн-Хуа (2013), Лирицис, Иоаннис; Сингхви, Ашок Кумар; Перья, Джеймс К.; Вагнер, Гюнтер А. (ред.), «Проверка подлинности на основе люминесценции», Люминесцентное датирование в археологии, антропологии и геоархеологии: обзор , SpringerBriefs in Earth System Sciences, Heidelberg: Springer International Publishing, стр. 41–43, doi : 10.1007/978-3-319-00170-8_5 , ISBN 978-3-319-00170-8
Ссылки
[ редактировать ]- Эйткен, MJ (1998). Введение в оптическое датирование: датирование четвертичных отложений с использованием фотонно-стимулированной люминесценции . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-854092-2
- Грейлих С., Гласмахер Ю.А., Вагнер Г.А. (2005). «Оптическое датирование поверхностей гранитных камней». Археометрия . 47 (3): 645–665. дои : 10.1111/j.1475-4754.2005.00224.x .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Хаберманн Дж., Шиллес Т., Кальхгрубер Р., Вагнер Г.А. (2000). «Шаги к датированию поверхности с использованием люминесценции». Измерения радиации . 32 (5): 847–851. Бибкод : 2000РадМ...32..847H . дои : 10.1016/s1350-4487(00)00066-4 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Лирицис I (1994). «Новый метод датирования по термолюминесценции резного мегалитического каменного здания». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série II . 319 (5): 603–610.
- Лирицис И., Гиберт П., Фоти Ф., Шверер М. (1997). «Храм Аполлона (Дельфи) усиливает новый метод термолюминесцентного датирования». Геоархеология . 12 (5): 479–496. doi : 10.1002/(sici)1520-6548(199708)12:5<479::aid-gea3>3.0.co;2-x .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Лирицис I (2010). «Строфилас (остров Андрос, Греция): новые свидетельства кикладского последнего неолита, датированные с помощью новых методов люминесценции и гидратации обсидиана». Журнал археологической науки . 37 : 1367–1377. дои : 10.1016/j.jas.2009.12.041 .
- Лирицис И., Сидерис К., Вафиаду А., Мицис Дж. (2008). «Минералогические, петрологические и радиоактивные аспекты некоторых строительных материалов из памятников Древнего Египта». Журнал культурного наследия . 9 (1): 1–13. дои : 10.1016/j.culher.2007.03.009 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Моргенштейн М.Е., Луо С., Ку Т.Л., Фезерс Дж. (2003). «Урановая серия и люминесцентное датирование вулканических каменных артефактов». Археометрия . 45 (3): 503–518. дои : 10.1111/1475-4754.00124 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Родос Э.Дж. (2011). «Оптически стимулированная люминесценция датирования отложений за последние 200 000 лет». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 39 : 461–488. Бибкод : 2011AREPS..39..461R . doi : 10.1146/annurev-earth-040610-133425 .
- Робертс Р.Г., Джейкобс З., Ли Б., Янковски Н.Р., Каннингем А.С., Розенфельд А.Б. (2015). «Оптическое датирование в археологии: тридцать лет ретроспективы и грандиозные задачи на будущее» . Журнал археологической науки . 56 : 41–60. дои : 10.1016/j.jas.2015.02.028 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Теокарис П.С., Лирицис И., Галлоуэй Р.Б. (1997). «Датировка двух эллинских пирамид с помощью нового применения термолюминесценции». Журнал археологической науки . 24 (5): 399–405. дои : 10.1006/jasc.1996.0124 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Винтл АГ, Мюррей А.С. (2006). «Обзор характеристик оптически стимулированной люминесценции кварца и их значимость для протоколов датирования регенерации одной аликвоты». Измерения радиации . 41 (4): 369–391. Бибкод : 2006РадМ...41..369Вт . дои : 10.1016/j.radmeas.2005.11.001 .
- Монтрет М., Фейн Дж., Миалье Д. (1992). «Датирование TL в голоцене с использованием красного TL из кварца» (PDF) . Древний ТУ 10 . 10 : 33–36.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Фаттахи М., Стоукс С. (2001). «Расширение временного диапазона датирования люминесценции с использованием красного TL (RTL) вулканического кварца». Измерения радиации . 32 (5–6): 479–485. дои : 10.1016/S1350-4487(00)00105-0 .