Thermolumineszenzdatierung - LinkFang.de





Thermolumineszenzdatierung


Bei der Thermolumineszenzdatierung wird die Eigenschaft mancher Festkörper genutzt, beim Erhitzen vorher im Kristallgitter gespeicherte Energie in Form von Licht abzugeben. Die Energie wurde in metastabilen Zuständen gespeichert, sie stammt vor allem aus Zerfallsprozessen natürlich vorkommender radioaktiver Nuklide oder aus der kosmischen Strahlung. Verwandte Prozesse der stimulierten Lichtemission werden im Artikel Lumineszenz genauer beschrieben.

Thermolumineszenzdatierung wird u. a. in der Archäologie (Abkürzung TL Datierung oder allgemeiner Lumineszenzdatierung) als Methode zur Altersbestimmung von Keramikobjekten oder anderweitig gebrannten Artefakten verwendet. Sie dient dabei als Ergänzung zur Radiokohlenstoffdatierung (auch: C14-Datierung), insbesondere dort, wo Datierungen jenseits der begrenzten Reichweite der C14-Datierung benötigt werden oder wo kein organisches Material zur Verfügung steht.

Grundlage

In natürlich vorkommenden Mineralien wie z. B. Quarz oder Feldspat wird Energie in Form von Strahlenschäden, verursacht durch den Zerfall natürlich vorkommender instabiler Nuklide sowie kosmische Strahlung, im Kristallgitter gespeichert. Dabei werden Elektronen in „Elektronenfallen“ zwischen Valenz- und Leitungsband festgesetzt. Quarze oder Feldspäte wiederum sind mineralogische Bestandteile z. B. gebrannter Keramik.

Beim Erhitzen emittieren Körper mit steigender Temperatur zunächst Wärmestrahlung, die dann auch den sichtbaren Spektralbereich beinhaltet. Wenn keine Thermolumineszenz auftritt, kann die abgestrahlte Leistung als Funktion der Temperatur mit Hilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes vorhergesagt werden. Beim weiteren Erhitzen auf Temperaturen um 300–500 °C setzt thermische stimulierte Lichtemission (Thermolumineszenz) ein, d. h., angeregte Elektronen verlassen ihren metastabilen Zustand und fallen auf niedrigere Energieniveaus zurück (man spricht auch von Rekombination). Die Energiedifferenz wird dabei als Lichtquant einer charakteristischen Frequenz (z. B. im sichtbaren Spektrum) abgegeben. Da nach relativ kurzer Zeit sämtliche angeregte Elektronen auf ein niedrigeres Energieniveau gefallen sind, tritt dieser Thermolumineszenz (TL) genannte Effekt nur beim ersten Erhitzen auf, sofern der Kristall nicht anschließend erneut bestrahlt wird.

Aus dem Unterschied der beiden Kurven kann auf die gespeicherte Energie rückgeschlossen werden. Diese hängt von der Intensität und der Zeitdauer der vorhergehenden angesammelten Energie ab.

Für die Strahlungsmesstechnik verwendet man Kristalle aus Lithiumfluorid, CaSO4, CaF2 oder Lithiumborid, die mit verschiedenen Fremdatomen (Aktivatoren) wie Mn, Mg, Ti, Cu oder P gezielt verunreinigt (dotiert) sind. Diese Dotierungen dienen der Erzeugung von Fehlstellen, in denen die im Kristall freigesetzten Elektronen eingefangen und gespeichert werden können.[1]

Archäologische Anwendung

Erste moderne Anwendungen wurden in den 1950er Jahren beschrieben, in der Archäologie auf Keramik durch Elizabeth K. Ralph und Mark C. Han[2] und von Martin J. Aitken. Bereits 1953 in einem Aufsatz von Daniels, Boyd & Saunders[3] vorgeschlagen, wurden erste Datierungsanwendungen 1957/1958 von Forschern der Universität Bern (Team um Friedrich Georg Houtermans und Norbert Grögler) vorgestellt.[4][5] In der darauffolgenden Zeit wurde die Datierungsmethode Anfang der 1960er Jahre federführend von Martin J. Aitken in Oxford weiter entwickelt. Weitere methodische Verbesserungen führten 1985 zur Vorstellung der Optically Stimulated Luminescence (OSL) Datierung durch David Huntley.[6] Datiert wird der Zeitpunkt der letzten Belichtung, was prinzipiell auch mit der TL Datierung möglich ist, aber erheblich längere Belichtungszeiten erfordert. Das Verfahren der OSL Datierung ist, obwohl mit der TL Datierung eng verwandt, daher von dieser abzugrenzen (s. Abschnitt verwandte Verfahren).

Der Aufbau des latenten Lumineszenzsignals erfolgt durch Energiezufuhr aus dem Zerfall natürlich vorkommender radioaktiver Nuklide (238U, 232Th, 40K, 87Rb) sowie durch kosmische Strahlung.

Beim Brennvorgang zur Herstellung des Artefaktes wurde die TL-Uhr auf „0“ zurückgesetzt. Anschließend setzt die skizzierte „Aufladung“ erneut ein. Je älter die Probe ist, desto stärker ist das bei einer erneuten Erhitzung beobachtbare Lumineszenzsignal. Durch die Messung wird die TL-Uhr jedoch erneut zurückgesetzt.

Folgendes muss in die Auswertung einfliessen:

  • Messungen der Dosisleistung in der Umgebung des Fundortes vorkommender radioaktiver Nuklide
  • Kenntnis des (regional/lokal unterschiedlichen) Spektrums der betreffenden radioaktiven Isotope und deren Zerfallszeit

Die Genauigkeit der Methode ist begrenzt. Sie liegt bei etwa 10 % des Alters der Probe. Ihre Reichweite beträgt mehr als 50.000 Jahre, abhängig vom verwendeten Dosimeter und der Dosisleistung. Unter guten Voraussetzungen wurden auch 500.000 Jahre erreicht.

Bisher ist es Fälschern nicht gelungen, diese Methode der Altersbestimmung auszuhebeln, weil es offensichtlich unmöglich ist, frisch gebrannte Keramik durch künstliche Bestrahlung so „aufzuladen“, dass der zeitliche Verlauf der TL-Strahlung während des Erhitzens imitiert wird.

Verwandte Verfahren

Nach dem gleichen Wirkungsprinzip wie die Thermolumineszenzdatierung arbeiten weitere Verfahren, bei denen die Abregung aus den metastabilen Zuständen nicht durch Erhitzung des Materials erfolgte, sondern durch Energiezufuhr in Form von Photonen. Diese Photo- oder Radiolumineszenzmethoden lassen sich nach der Frequenz der von außen zugeführten, stimulierenden Strahlung unterscheiden:

  • Optisch stimulierte Lumineszenz (OSL; en: optically stimulated luminescence) mit Hilfe von Licht aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums. Anwendbar bei Quarz und Feldspat, d. h. bei ehemals dem Sonnenlicht oder einer Erhitzung ausgesetzten Gesteinen (Sandstein, Granit) und insbesondere quarzhaltigen Sedimenten, geeignet zur Datierung von Proben, die bis zu 200.000 Jahre alt sind.[7]
  • Infrarot stimulierte Lumineszenz (IRSL; en: infrared stimulated luminescence) mit Hilfe von Infrarotlicht.
  • Radiolumineszenz (RL; en: Radioluminescence) mit Hilfe von ionisierender Strahlung.
  • Grün Stimulierte Lumineszenz (GLSL; en: green-light stimulated luminescence) mit Hilfe von grünem Licht.

Literatur

  • Martin Jim Aitken: Science-based dating in archaeology. Longman, London u. a. 1990, ISBN 0-582-49309-9, S. 141–175 (Longman archaeology series).
  • Martin Jim Aitken: Thermoluminescence dating. Academic Press, 1985, ISBN 0-12-046380-6
  • Reuven Chen & Stephen W. McKeever: Theory of thermoluminescence and related phenomena. World Scientific, Singapore u. a. 1997, ISBN 981-02-2295-5.
  • Reuven Chen & Vasilis Pagonis: Thermally and Optically Stimulated Luminescence: A Simulation Approach. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-0-470-74927-2.
  • Stuart Fleming: Thermoluminescence techniques in archaeology. Clarendon Press, Oxford 1979, ISBN 0-19-859929-3.
  • Claudio Furetta: Handbook of Thermoluminescence. World Scientific, 2010, ISBN 981-238-240-2.
  • Barthel Hrouda (Hrsg.): Methoden der Archäologie. Eine Einführung in ihre naturwissenschaftlichen Techniken. Beck, München 1978, ISBN 3-406-06699-2, S. 151–161 (Beck’sche Elementarbücher).
  • K. Mahesh, P. S. Weng & C. Furetta: Thermoluminescence in solids and its application. Nuclear Technology, Publishing, 1989, ISBN 1-870965-00-0.
  • Stephen W. S. McKeever: Thermoluminescence of solids. Cambridge University Press, 1988, ISBN 0-521-36811-1.
  • Stephen Stokes: Luminescence dating applications in geomorphological research. In: Geomorphology. 29, 1999, ISSN 0169-555X , S. 153–171.

Weblinks

Fußnoten

  1. Meyers Grosses Taschen-Lexikon in 24 Bänden: Altersbestimmung. Bd. 1. A-Ang. 1987, S. 270
  2. Dating of Pottery by Thermoluminescence. In: Nature. 210, 1966, S. 245–247
  3. F. Daniels, C. A. Boyd & D. F. Saunders: Thermoluminescence as a Research Tool. In: Science. 117, 1953, S. 343–349.
  4. F. G. Houtermans & H. Stauffer: Thermolumineszenz als Mittel zur Untersuchung der Temperatur- und Strahlungsgeschichte von Mineralien und Gesteinen. In: Helvetica Physica Acta. 30, 1957, S. 274–277.
  5. N. Grögler, F. G. Houtermans & H. Stauffer: Radiation damage as a research tool for geology and prehistory. In: 5° Rassegna Internazionale Elettronica E Nucleare, Supplemento Agli Atti Del Congresso Scientifico. 1, 1958, S. 5–15.
  6. D. J. Huntley, D. I. Godfrey-Smith & M. L. W. Thewalt: Optical dating of sediments. In: Nature. 313, 1985, S. 105–107.
  7. Michael Balter: New light on ancient samples. In: Science. Band 332, 2011, S. 658, doi:10.1126/science.332.6030.658-b

Kategorien: Keine Kategorien vorhanden!

Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Thermolumineszenzdatierung (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

Änderungen: Alle Bilder mit den meisten Bildunterschriften wurden entfernt. Ebenso alle zu nicht-existierenden Artikeln/Kategorien gehenden internen Wikipedia-Links (Bsp. Portal-Links, Redlinks, Bearbeiten-Links). Entfernung von Navigationsframes, Geo & Normdaten, Mediadateien, gesprochene Versionen, z.T. ID&Class-Namen, Style von Div-Containern, Metadaten, Vorlagen, wie lesenwerte Artikel. Ansonsten sind keine Inhaltsänderungen vorgenommen worden. Weiterhin kann es durch die maschinelle Bearbeitung des Inhalts zu Fehlern gerade in der Darstellung kommen. Darum würden wir jeden Besucher unserer Seite darum bitten uns diese Fehler über den Support mittels einer Nachricht mit Link zu melden. Vielen Dank!

Stand der Informationen: August 201& - Wichtiger Hinweis: Da die Inhalte maschinell von Wikipedia übernommen wurden, ist eine manuelle Überprüfung nicht möglich. Somit garantiert LinkFang.de nicht die Richtigkeit und Aktualität der übernommenen Inhalte. Sollten die Informationen mittlerweile fehlerhaft sein, bitten wir Sie darum uns per Support oder E-Mail zu kontaktieren. Wir werden uns dann innerhalb von spätestens 10 Tagen um Ihr Anliegen kümmern. Auch ohne Anliegen erfolgt mindestens alle drei Monate ein Update der gesamten Inhalte.