Incontri di luminescenza

La datazione alla luminescenza (compresa la termoluminescenza e la luminescenza stimolata otticamente) è un tipo di metodologia di datazione che misura la quantità di luce emessa dall'energia immagazzinata in determinati tipi di roccia e suoli derivati ​​per ottenere una data assoluta per un evento specifico accaduto in passato. Il metodo è una tecnica di datazione diretta, il che significa che la quantità di energia emessa è un risultato diretto dell'evento misurato. Meglio ancora, a differenza della datazione al radiocarbonio, l'effetto delle misure di datazione a luminescenza aumenta con il tempo. Di conseguenza, non esiste un limite di data superiore impostato dalla sensibilità del metodo stesso, sebbene altri fattori possano limitare la fattibilità del metodo.

Come funziona la datazione alla luminescenza

Gli archeologi usano due forme di datazione della luminescenza per datare eventi del passato: la termoluminescenza (TL) o la luminescenza stimolata termicamente (TSL), che misura l'energia emessa dopo che un oggetto è stato esposto a temperature comprese tra 400 e 500 ° C; e luminescenza otticamente stimolata (OSL), che misura l'energia emessa dopo che un oggetto è stato esposto alla luce del giorno.

Per dirla semplicemente, alcuni minerali (quarzo, feldspato e calcite) immagazzinano energia dal sole a una velocità nota. Questa energia è depositata nei reticoli imperfetti dei cristalli del minerale. Il riscaldamento di questi cristalli (come quando viene sparato un vaso di ceramica o quando le rocce vengono riscaldate) svuota l'energia immagazzinata, dopodiché il minerale inizia di nuovo ad assorbire energia.

La datazione TL si basa sul confronto dell'energia immagazzinata in un cristallo con ciò che "dovrebbe" essere lì, ottenendo così una data dell'ultimo riscaldamento. Allo stesso modo, più o meno, la datazione OSL (luminescenza stimolata otticamente) misura l'ultima volta che un oggetto è stato esposto alla luce solare. La datazione a luminescenza è buona per alcune centinaia a (almeno) diverse centinaia di migliaia di anni, il che la rende molto più utile della datazione al carbonio.

Il significato della luminescenza

Il termine luminescenza si riferisce all'energia emessa come luce da minerali come quarzo e feldspato dopo che sono stati esposti a una radiazione ionizzante di qualche tipo. I minerali - e di fatto tutto sul nostro pianeta - sono esposti alle radiazioni cosmiche: la datazione alla luminescenza sfrutta il fatto che alcuni minerali raccolgono e rilasciano energia da quella radiazione in condizioni specifiche.

Gli archeologi usano due forme di datazione della luminescenza per datare eventi del passato: la termoluminescenza (TL) o la luminescenza stimolata termicamente (TSL), che misura l'energia emessa dopo che un oggetto è stato esposto a temperature comprese tra 400 e 500 ° C; e luminescenza otticamente stimolata (OSL), che misura l'energia emessa dopo che un oggetto è stato esposto alla luce del giorno.

I tipi di roccia cristallina e i suoli raccolgono energia dal decadimento radioattivo di uranio cosmico, torio e potassio-40. Gli elettroni di queste sostanze rimangono intrappolati nella struttura cristallina del minerale e la continua esposizione delle rocce a questi elementi nel tempo porta ad aumenti prevedibili del numero di elettroni catturati nelle matrici. Ma quando la roccia viene esposta a livelli sufficientemente alti di calore o luce, tale esposizione provoca vibrazioni nei reticoli minerali e gli elettroni intrappolati vengono liberati. L'esposizione agli elementi radioattivi continua e i minerali ricominciano a immagazzinare elettroni liberi nelle loro strutture. Se riesci a misurare il tasso di acquisizione dell'energia immagazzinata, puoi capire quanto tempo è trascorso dall'esposizione.

I materiali di origine geologica avranno assorbito notevoli quantità di radiazioni dalla loro formazione, quindi qualsiasi esposizione causata dall'uomo al calore o alla luce ripristinerà l'orologio di luminescenza considerevolmente più recentemente di quello poiché verrà registrata solo l'energia immagazzinata dall'evento.

Misurare l'energia immagazzinata

Il modo in cui misuri l'energia immagazzinata in un oggetto che prevedi sia stato esposto al calore o alla luce in passato è di stimolare di nuovo quell'oggetto e misurare la quantità di energia rilasciata. L'energia rilasciata stimolando i cristalli è espressa in luce (luminescenza). L'intensità della luce blu, verde o infrarossa che viene creata quando un oggetto viene stimolato è proporzionale al numero di elettroni immagazzinati nella struttura del minerale e, a loro volta, tali unità di luce vengono convertite in unità di dosaggio.

Le equazioni utilizzate dagli studiosi per determinare la data in cui è avvenuta l'ultima esposizione sono in genere:

• Età = luminescenza totale / tasso annuo di acquisizione della luminescenza, o
• Età = paleodose (De) / dose annuale (DT)

Dove De è la dose beta di laboratorio che induce la stessa intensità di luminescenza nel campione emesso dal campione naturale, e DT è il tasso di dose annuale composto da diversi componenti di radiazioni che si presentano nel decadimento di elementi radioattivi naturali.

Eventi e oggetti Datable

Gli artefatti che possono essere datati usando questi metodi includono ceramiche, litici bruciati, mattoni bruciati e terra dai focolari (TL) e superfici in pietra incombusta che sono state esposte alla luce e poi sepolte (OSL).

• Ceramica: Si presume che il riscaldamento più recente misurato in frammenti di ceramica rappresenti l'evento di fabbricazione; il segnale proviene dal quarzo o dal feldspato nell'argilla o in altri additivi di rinvenimento. Sebbene i recipienti di ceramica possano essere esposti al calore durante la cottura, la cottura non è mai a livelli sufficienti per ripristinare l'orologio di luminescenza. La datazione TL fu usata per determinare l'età delle occupazioni della civiltà della valle dell'Indo, che si era dimostrata resistente alla datazione al radiocarbonio, a causa del clima locale. La luminescenza può anche essere utilizzata per determinare la temperatura di cottura originale.
• litici: Materie prime come selci e ciliegie sono state datate da TL; Le rocce incrinate dai focolari possono anche essere datate da TL purché siano state licenziate a temperature sufficientemente elevate. Il meccanismo di ripristino è principalmente riscaldato e si basa sul presupposto che il materiale lapideo grezzo sia stato trattato termicamente durante la fabbricazione di utensili in pietra. Tuttavia, il trattamento termico prevede normalmente temperature tra 300 e 400 ° C, non sempre sufficientemente elevate. Il miglior successo dalle date TL sui manufatti in pietra scheggiata probabilmente proviene da eventi in cui furono depositati in un focolare e sparati accidentalmente.
• Superfici di edifici e pareti: Gli elementi sepolti delle pareti erette delle rovine archeologiche sono stati datati usando una luminescenza stimolata otticamente; la data derivata fornisce l'età di sepoltura della superficie. In altre parole, la data OSL su un muro di fondazione di un edificio è l'ultima volta che la fondazione è stata esposta alla luce prima di essere utilizzata come strato iniziale in un edificio, e quindi quando l'edificio è stato costruito per la prima volta.
• Altri: È stato riscontrato un certo successo con oggetti per appuntamenti come strumenti per ossa, mattoni, malta, tumuli e terrazze agricole. Anche le antiche scorie lasciate dalla prima produzione di metallo sono state datate usando TL, così come la datazione assoluta di frammenti di forno o rivestimenti vetrificati di forni e crogioli.

I geologi hanno usato OSL e TL per stabilire lunghe cronologie dei paesaggi; la datazione alla luminescenza è un potente strumento per aiutare a datare i sentimenti datati al Quaternario e periodi molto precedenti.

Storia della scienza

La termoluminescenza fu per la prima volta chiaramente descritta in un documento presentato alla Royal Society (della Gran Bretagna) nel 1663, da Robert Boyle, che descriveva l'effetto di un diamante che era stato riscaldato alla temperatura corporea. La possibilità di utilizzare il TL immagazzinato in un campione di minerali o ceramiche fu proposta per la prima volta dal chimico Farrington Daniels negli anni '50. Durante gli anni '60 e '70, il laboratorio di ricerca per l'archeologia e la storia dell'arte dell'Università di Oxford ha portato allo sviluppo di TL come metodo di datazione di materiali archeologici.

fonti

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