Тѐрмолюминесце́нтное датирование — физический метод датирования объектов минерального происхождения путём измерения энергии, накопленной за время существования образца в его кристаллах под воздействием естественного радиационного фона, которая излучается в виде света при нагреве образца ( термолюминесценция ).

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 отсчёт 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 .

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 может 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 . Это явление и называют термолюминесценцией .

История

Впервые явление термолюминесценции наблюдал Роберт Бойль в 1664 году , то есть ещё в XVII веке .

В современной науке первое упоминание о его использовании для датировки встречается в обзоре Фаррингтона Даниэльса и др. , опубликованном в 1953 году .

Первые практические применения датированы 1960-ми годами . В последующие годы публикации по данной теме встречаются довольно часто .

Применение

С точки зрения применения метод термолюминесцентного датирования является более простым, чем, например, радиоуглеродный метод , а следовательно, и более дешёвым. Его применяют в геологии — в частности, для определения возраста известняков , вулканических пород , импактитов , фульгуритов , лёсса , дюнного и акватического песка , алевритов . В археологии применяется для датировки античной керамики и других изделий из обожжённой глины, таких как терракоты , обжиговые печи, кирпич, а также обожжённых кремнёвых орудий и камней очагов, искусственного стекла и шлаков .

Свойства кристаллов накапливать ионизирующее излучение также используются в термолюминесцентных дозиметрах 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 грунтовые воды|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

Литература

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

Примечания