Термолюминесцентное датирование

Те́рмолюминесце́нтное датирование — физический метод датирования объектов минерального происхождения путём измерения энергии, излученной в результате нагрева образца (термолюминесценции).

Общее описание метода

Термолюминесцентный метод датирования (ТМД) основан на способности некоторых материалов (стекло, глина, керамика, полевой шпат, алмазы, кальциты и др.) с течением времени накапливать энергию ионизирующего излучения, а затем, при нагреве, отдавать её в виде светового излучения (вспышек света). Чем старше образец, тем больше вспышек будет зафиксировано. Если образец в какой-то момент подвергался сильному нагреву или длительному солнечному облучению (отбеливанию), первоначальный накопленный сигнал стирается, и отсчет времени следует вести именно с этого эпизода.

Для калибровки метода оценивается радиационный фон в данной местности и локальная интенсивность космических лучей.

В идеальных условиях метод позволяет датировать образцы возрастом от нескольких сотен до примерно 1 млн лет с погрешностью около 10 %, которая в некоторых случаях может быть значительно уменьшена.^[1]

Физика

Под воздействием внешнего радиационного фона (в том числе образующегося в ходе распада радиоактивных элементов горных пород, космического излучения) происходит образование свободных электронов и дырок и захват электронов на электронных ловушках. Наличие электронных ловушек связано с дефектами кристаллической решетки, всегда имеющимися в реальных кристаллах; чем больше дефектов в кристалле, тем больше электронов могут быть захвачено на ловушках. При нагревании до температуры около 500 °C захваченные электроны высвобождаются из ловушек, и происходит рекомбинация электронов и дырок в центре высвечивания с испусканием фотонов видимого излучения.^[2] Это явление и называют термолюминесценцией.

История

Впервые это явление наблюдал Роберт Бойль в 1664 году, то есть ещё в XVII веке. В современной науке первое упоминание о его использовании встречается в работе Ф. Дэниелса (F. Daniels)^[3] в 1953 году. Первые практические применения датированы 60-ми годам XX века.^[4][5] В последующие годы публикации по данной теме встречаются довольно часто.^[6][7]

Применение

С точки зрения применения, ТМД является более простым, чем например радиоуглеродный, а следовательно, и более дешёвым. Его применяют в геологии — в частности, для определения возраста известняков,^[5] вулканических пород, импактитов, фульгуритов, лёсса, дюнного и акватического песка, алевритов. ^[1] В археологии применяется для датировки античной керамики^[8] и других изделий из обожженной глины, таких как терракоты,^[9] обжиговые печи, кирпич, а также обожженных кремневых орудий и камней очагов, искусственного стекла и шлаков.^[1]

Используя свойства кристаллов накапливать ионизирующее излучение, их, в частности, используют в термолюминесцентных дозиметрах (англ.) для регистрации ионизирующих излучений.

Ограничения

С точки зрения физического обоснования, сам метод считается достаточно точным и надёжным. Однако необходимо принимать во внимание следующие факторы:

1. На количество накопленной световой энергии минерала влияет количество дефектов в кристаллической решётке и, соответственно, количество электронных ловушек. У разных веществ их число разное. Поэтому, образцы, изготовленные в одно время и найденные в одном месте, из-за разного числа электронных ловушек могут дать разный уровень излучательной способности, вследствие чего результаты датировки могут варьироваться.
2. Поскольку метод предполагает обязательную калибровку, в основе которой заложен принцип неизменности радиационного фона, на точность датирования влияет уровень радиации той местности, в которой проводятся исследования. Если исследуемый объект перемещался на значительные расстояния (то есть менялся уровень радиационного фона окружающей его местности) или контактировал с другими объектами с повышенным уровнем радиации (например, с грунтовыми водами), или сама местность подвергалась воздействию радиации (например, из-за аварии на АЭС), всё это снижает достоверность полученных результатов.
3. Метод термолюминесцентного датирования на самом деле определяет не дату изготовления образца, а дату его последнего нагрева до высокой температуры. А это могли быть как обжиг, так и пожар, или просто долгое нахождение образца на открытом солнцу месте.
4. Во время анализа, из-за воздействия высокой температуры, исследуемый образец минерала разрушается (в отличие от например оптико-люминесцентного анализа, в котором измеряют уровень излучательной способности после резкого освещения вещества).

См. также

• Оптическое датирование
• Радиоуглеродный метод
• Дендрохронология
• Метод гидратации обсидиана
• Дефекты кристалла
• Дирингская культура
• Цивилизация Нок

Ссылки

• Ссылки на работы по исследованию методов датировки артефактов
• Статья доктора биологических наук Александра Маркова «Хронология далёкого прошлого»
• Quaternary TL Surveys — Guide to thermoluminescence date measurement

Литература

1. Вагнер Г. А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. —М.: Техносфера, 2006.

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3} Вагнер Г. А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. — М.: Техносфера, 2006.
2. ↑ «Успехи физических наук» Том 107, вып 1., Май 1972 г., М. Тайт, (стр. 132—135)
3. ↑ F. Daniels et al.. Science 117, 343 (1953)
4. ↑ Elizabeth K. Ralph & Mark C. Han: «Dating of Pottery by Thermoluminescence», Nature 210, 245—247 (16 April 1966)
5. ↑ ^{1 2} Thermoluminescence of Geological Materials, ed. by D. J. McDoughall, N.Y., Academic Press, 1968
6. ↑ Aitken, M.J., Thermoluminescence Dating, Academic Press, London (1985)
7. ↑ A specialist seminar on thermoluminescence dating. [Oxford, July 1978].; HACKENS, T. ET AL. (EDS.).
8. ↑ M.J. Aitkeη et al., Nature 219, 442 (1968)
9. ↑ Определение возраста терракот цивилизации Нок