Sozialwissenschaften

Lumineszenzdatierung in der Archäologie

Lumineszenzdatierung in der Archäologie

Die Lumineszenzdatierung (einschließlich Thermolumineszenz und optisch stimulierte Lumineszenz) ist eine Art Datierungsmethode, mit der die Lichtmenge gemessen wird, die von der in bestimmten Gesteinsarten und abgeleiteten Böden gespeicherten Energie emittiert wird, um ein absolutes Datum für ein bestimmtes Ereignis in der Vergangenheit zu erhalten. Die Methode ist eine direkte Datierungstechnik. dh die emittierte Energiemenge ist ein direktes Ergebnis des gemessenen Ereignisses. Besser noch, im Gegensatz zur Radiokarbondatierung nimmt der Effekt der Lumineszenzdatierung mit der Zeit zu. Infolgedessen gibt es keine obere Datumsgrenze, die durch die Empfindlichkeit der Methode selbst festgelegt wird, obwohl andere Faktoren die Durchführbarkeit der Methode einschränken können.

 

Wie Lumineszenzdatierung funktioniert

Archäologen verwenden zwei Formen der Lumineszenzdatierung, um Ereignisse in der Vergangenheit zu datieren: Thermolumineszenz (TL) oder thermisch stimulierte Lumineszenz (TSL), die die Energie misst, die emittiert wird, nachdem ein Objekt Temperaturen zwischen 400 und 500 ° C ausgesetzt wurde; und optisch stimulierte Lumineszenz (OSL), die die Energie misst, die emittiert wird, nachdem ein Objekt Tageslicht ausgesetzt wurde.

Um es einfach auszudrücken: Bestimmte Mineralien (Quarz, Feldspat und Calcit) speichern mit bekannter Geschwindigkeit Energie von der Sonne. Diese Energie steckt in den unvollkommenen Gittern der Mineralkristalle. Durch Erhitzen dieser Kristalle (z. B. beim Brennen eines Keramikgefäßes oder beim Erhitzen von Steinen) wird die gespeicherte Energie entleert. Danach beginnt das Mineral wieder, Energie zu absorbieren.

Bei der TL-Datierung geht es darum, die in einem Kristall gespeicherte Energie mit dem zu vergleichen, was „da sein sollte“, um ein Datum der letzten Erwärmung zu erhalten. Auf die gleiche Weise misst die OSL-Datierung (optisch stimulierte Lumineszenz) mehr oder weniger das letzte Mal, wenn ein Objekt Sonnenlicht ausgesetzt wurde. Die Lumineszenzdatierung ist für einige hundert bis (mindestens) mehrere hunderttausend Jahre gut, was sie viel nützlicher macht als die Kohlenstoffdatierung.

 

Die Bedeutung der Lumineszenz

Der Begriff Lumineszenz bezieht sich auf die Energie, die als Licht von Mineralien wie Quarz und Feldspat emittiert wird, nachdem sie einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt wurden . Mineralien – und tatsächlich alles auf unserem Planeten – sind kosmischer Strahlung ausgesetzt : Die Lumineszenzdatierung nutzt die Tatsache aus, dass bestimmte Mineralien unter bestimmten Bedingungen Energie aus dieser Strahlung sammeln und abgeben.

Archäologen verwenden zwei Formen der Lumineszenzdatierung, um Ereignisse in der Vergangenheit zu datieren: Thermolumineszenz (TL) oder thermisch stimulierte Lumineszenz (TSL), die die Energie misst, die emittiert wird, nachdem ein Objekt Temperaturen zwischen 400 und 500 ° C ausgesetzt wurde; und optisch stimulierte Lumineszenz (OSL), die die Energie misst, die emittiert wird, nachdem ein Objekt Tageslicht ausgesetzt wurde.

Kristalline Gesteinsarten und Böden sammeln Energie aus dem radioaktiven Zerfall von kosmischem Uran, Thorium und Kalium-40. Elektronen aus diesen Substanzen werden in der Kristallstruktur des Minerals eingeschlossen, und die fortgesetzte Exposition der Gesteine ​​gegenüber diesen Elementen im Laufe der Zeit führt zu einer vorhersehbaren Zunahme der Anzahl der in den Matrizen gefangenen Elektronen. Wenn das Gestein jedoch ausreichend Wärme oder Licht ausgesetzt wird, verursacht diese Exposition Schwingungen in den Mineraliengittern und die eingefangenen Elektronen werden freigesetzt. Die Exposition gegenüber radioaktiven Elementen geht weiter und die Mineralien beginnen wieder, freie Elektronen in ihren Strukturen zu speichern. Wenn Sie die Erfassungsrate der gespeicherten Energie messen können, können Sie herausfinden, wie lange es her ist, seit die Belichtung stattgefunden hat.

Materialien geologischen Ursprungs haben seit ihrer Entstehung beträchtliche Mengen an Strahlung absorbiert, so dass jede vom Menschen verursachte Exposition gegenüber Wärme oder Licht die Lumineszenzuhr in jüngerer Zeit erheblich zurücksetzt, da nur die seit dem Ereignis gespeicherte Energie aufgezeichnet wird.

 

Gespeicherte Energie messen

Die Art und Weise, wie Sie die in einem Objekt gespeicherte Energie messen, von der Sie erwarten, dass sie in der Vergangenheit Wärme oder Licht ausgesetzt war, besteht darin, dieses Objekt erneut zu stimulieren und die freigesetzte Energiemenge zu messen. Die durch die Stimulation der Kristalle freigesetzte Energie wird in Licht (Lumineszenz) ausgedrückt. Die Intensität von blauem, grünem oder infrarotem Licht, die bei der Stimulation eines Objekts erzeugt wird, ist proportional zur Anzahl der in der Mineralstruktur gespeicherten Elektronen, und diese Lichteinheiten werden wiederum in Dosiseinheiten umgewandelt.

Die Gleichungen, die von Wissenschaftlern verwendet werden, um das Datum zu bestimmen, an dem die letzte Exposition stattgefunden hat, sind typischerweise:

  • Alter=Gesamtlumineszenz / jährliche Lumineszenzakquisitionsrate oder
  • Alter=Paläodose (De) / Jahresdosis (DT)

Wobei De die Beta-Dosis im Labor ist, die in der von der natürlichen Probe emittierten Probe die gleiche Lumineszenzintensität induziert, und DT die jährliche Dosisleistung ist, die aus mehreren Strahlungskomponenten besteht, die beim Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente entstehen.

 

Datierbare Ereignisse und Objekte

Zu den Artefakten, die mit diesen Methoden datiert werden können, gehören Keramik, verbrannte  Lithiken. verbrannte Ziegel und Erde aus Feuerstellen (TL) sowie unverbrannte Steinoberflächen, die Licht ausgesetzt und dann vergraben wurden (OSL).

    • Keramik : Es wird angenommen, dass die zuletzt in Keramikscherben gemessene Erwärmung das Herstellungsereignis darstellt. Das Signal entsteht durch Quarz oder Feldspat im Ton oder anderen Temperieradditiven. Obwohl Keramikgefäße während des Kochens Hitze ausgesetzt sein können, ist das Kochen niemals ausreichend, um die Lumineszenzuhr zurückzusetzen. Die TL-Datierung wurde verwendet, um das Alter der  Zivilisationsberufe im Indus-Tal zu bestimmen  , die sich aufgrund des lokalen Klimas als resistent gegen Radiokarbondatierungen erwiesen hatten. Die Lumineszenz kann auch verwendet werden, um die ursprüngliche Brenntemperatur zu bestimmen.
    • Lithiken : Rohstoffe wie Feuersteine ​​und Cherts wurden von TL datiert; Feuergebrochenes Gestein aus Feuerstellen kann auch von TL datiert werden, solange es auf ausreichend hohe Temperaturen gebrannt wurde. Der Rückstellmechanismus wird hauptsächlich erwärmt und geht davon aus, dass das Rohmaterial während der Herstellung von Steinwerkzeugen wärmebehandelt wurde. Die Wärmebehandlung beinhaltet jedoch normalerweise Temperaturen zwischen 300 und 400 ° C, die nicht immer ausreichend hoch genug sind. Der beste Erfolg von TL-Daten bei abgebrochenen Steinartefakten ist wahrscheinlich auf Ereignisse zurückzuführen, bei denen sie in einem Herd deponiert und versehentlich abgefeuert wurden.

 

  • Oberflächen von Gebäuden und Mauern : Die vergrabenen Elemente stehender Mauern archäologischer Ruinen wurden mit optisch stimulierter Lumineszenz datiert. Das abgeleitete Datum gibt das Alter der Bestattung der Oberfläche an. Mit anderen Worten, das OSL-Datum an einer Grundmauer eines Gebäudes ist das letzte Mal, dass das Fundament Licht ausgesetzt wurde, bevor es als erste Schicht in einem Gebäude verwendet wurde, und daher, als das Gebäude zum ersten Mal gebaut wurde.
  • Andere : Es wurden einige Erfolge bei der Datierung von Objekten wie Knochenwerkzeugen, Ziegeln, Mörtel, Hügeln und landwirtschaftlichen Terrassen erzielt. Alte Schlacken aus der frühen Metallproduktion wurden ebenfalls mit TL datiert sowie mit absoluten Datierungen von Ofenfragmenten oder verglasten Auskleidungen von Öfen und Tiegeln.

Geologen haben OSL und TL verwendet, um lange, logarithmische Chronologien von Landschaften zu erstellen. Lumineszenzdatierung ist ein leistungsfähiges Instrument, um die auf das Quartär und viel frühere Perioden datierten Gefühle zu datieren.

 

Geschichte der Wissenschaft

Die Thermolumineszenz wurde erstmals 1663 in einem der Royal Society (of Britain) vorgelegten Artikel von Robert Boyle klar beschrieben  , der die Wirkung eines auf Körpertemperatur erwärmten Diamanten beschrieb. Die Möglichkeit, TL zu verwenden, das in einer Mineral- oder Keramikprobe gespeichert ist, wurde erstmals  in den 1950er Jahren vom Chemiker Farrington Daniels vorgeschlagen  . In den 1960er und 70er Jahren führte das Forschungslabor für Archäologie und Kunstgeschichte der Universität Oxford die Entwicklung von TL als Methode zur Datierung archäologischer Materialien durch.

Quellen

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