La datación por luminiscencia se refiere a un grupo de métodos de datación cronológica para determinar cuánto tiempo hace que los granos minerales estuvieron expuestos por última vez a la luz solar o a un calentamiento suficiente. Es útil para geólogos y arqueólogos que quieran saber cuándo ocurrió tal evento. Utiliza varios métodos para estimular y medir la luminiscencia .
Incluye técnicas como la luminiscencia estimulada ópticamente (OSL), la luminiscencia estimulada por infrarrojos (IRSL) y la datación por termoluminiscencia (TL). "Citas ópticas" normalmente se refiere a OSL e IRSL, pero no a TL. El rango de edad de los métodos de datación por luminiscencia se extiende desde unos pocos años [1] hasta más de un millón de años. [2]
Todos los sedimentos y suelos contienen trazas de isótopos radiactivos de elementos como potasio , uranio , torio y rubidio . Estos se desintegran lentamente con el tiempo y la radiación ionizante que producen es absorbida por los granos minerales de los sedimentos, como el cuarzo y el feldespato potásico . La radiación hace que la carga permanezca dentro de los granos en "trampas de electrones" estructuralmente inestables. La carga atrapada se acumula con el tiempo a un ritmo determinado por la cantidad de radiación de fondo en el lugar donde se enterró la muestra. La estimulación de estos granos minerales utilizando luz (azul o verde para OSL; infrarrojos para IRSL) o calor (para TL) provoca que se emita una señal de luminiscencia a medida que se libera la energía electrónica inestable almacenada, cuya intensidad varía dependiendo de la cantidad de radiación absorbida durante el entierro y propiedades específicas del mineral.
La mayoría de los métodos de datación por luminiscencia se basan en la suposición de que los granos minerales estaban suficientemente "blanqueados" en el momento en que se fechó el evento. Por ejemplo, en el cuarzo, una breve exposición a la luz del día en el rango de 1 a 100 segundos antes del entierro es suficiente para "reiniciar" efectivamente el reloj de datación OSL. [3] Este suele ser el caso, aunque no siempre, de los depósitos eólicos , como las dunas de arena y el loess , y algunos depósitos depositados por el agua. Las edades OSL de cuarzo simple se pueden determinar normalmente entre 100 y 350 000 años antes de Cristo, y pueden ser confiables cuando se utilizan métodos adecuados y se realizan las comprobaciones adecuadas. [4] Las técnicas de feldespato IRSL tienen el potencial de ampliar el rango datable hasta un millón de años, ya que los feldespatos suelen tener niveles de dosis de saturación significativamente más altos que el cuarzo, aunque primero será necesario abordar las cuestiones relacionadas con el desvanecimiento anómalo. [3] Se pueden obtener edades fuera de estos rangos, pero deben considerarse con precaución. La incertidumbre de una fecha OSL suele ser del 5 al 10 % de la edad de la muestra. [5]
Hay dos métodos diferentes de datación OSL: dosis alícuotas múltiples y dosis regenerativa alícuota única (SAR). En las pruebas de alícuotas múltiples, se estimulan varios granos de arena al mismo tiempo y se promedia la firma de luminiscencia resultante. [6] El problema con esta técnica es que el operador no conoce las cifras individuales que se están promediando, por lo que si hay granos parcialmente preblanqueados en la muestra puede dar una edad exagerada. [6] A diferencia del método de alícuotas múltiples, el método SAR prueba las edades de enterramiento de granos de arena individuales que luego se trazan. Los depósitos mixtos se pueden identificar y tener en cuenta al determinar la edad. [6]
El concepto de utilizar la datación por luminiscencia en contextos arqueológicos fue sugerido por primera vez en 1953 por Farrington Daniels, Charles A. Boyd y Donald F. Saunders, quienes pensaron que la respuesta termoluminiscente de los fragmentos de cerámica podría datar la última incidencia de calentamiento. [7] Unos años más tarde, en 1960, Grögler et al. realizaron pruebas experimentales con cerámica arqueológica. [8] Durante las siguientes décadas, la investigación sobre termoluminiscencia se centró en alfarería y cerámica calentadas, pedernales quemados, sedimentos de hogares cocidos, piedras de hornos de montículos quemados y otros objetos calentados. [5]
En 1963, Aitken et al. observaron que las trampas TL en calcita podían blanquearse tanto con la luz solar como con el calor, [9] y en 1965 Shelkoplyas y Morozov fueron los primeros en utilizar TL para fechar sedimentos no calentados. [10] A lo largo de los años 70 y principios de los 80 se generalizó la datación TL de trampas sensibles a la luz en sedimentos geológicos de origen tanto terrestre como marino. [11]
La datación óptica mediante luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) fue desarrollada en 1984 por David J. Huntley y sus colegas. [12] Hutt et al. sentó las bases para la datación de feldespatos potásicos por luminiscencia estimulada por infrarrojos (IRSL) en 1988. [13] El método OSL tradicional se basa en la estimulación óptica y la transferencia de electrones desde una trampa a agujeros ubicados en otras partes de la red, lo que necesariamente requiere dos defectos para estar muy cerca y, por lo tanto, es una técnica destructiva. El problema es que los centros cercanos de captura de electrones/huecos sufren de túneles localizados, erradicando su señal con el tiempo; Es esta cuestión la que define actualmente el límite de edad superior para las citas OSL.
En 1994, los principios detrás de la datación óptica y por termoluminiscencia se ampliaron para incluir superficies hechas de granito, basalto y arenisca, como rocas talladas de monumentos y artefactos antiguos. Ioannis Liritzis , el iniciador de la datación por luminiscencia de edificios antiguos, lo ha demostrado en varios casos de diversos monumentos. [14] [15] [16]
La datación por luminiscencia es una de varias técnicas en las que se calcula una edad de la siguiente manera:
edad = (dosis total de radiación absorbida) / (tasa de dosis de radiación) [14]
La tasa de dosis de radiación se calcula a partir de mediciones de los elementos radiactivos (K, U, Th y Rb) dentro de la muestra y sus alrededores y la tasa de dosis de radiación de los rayos cósmicos . La tasa de dosis suele estar en el rango de 0,5 a 5 grises /1000 años. La dosis total de radiación absorbida se determina excitando con luz minerales específicos (normalmente cuarzo o feldespato potásico ) extraídos de la muestra y midiendo la cantidad de luz emitida como resultado. Los fotones de la luz emitida deben tener energías más altas que los fotones de excitación para evitar la medición de la fotoluminiscencia ordinaria . Se puede decir que una muestra en la que todos los granos minerales han sido expuestos a suficiente luz solar (segundos para el cuarzo; cientos de segundos para el feldespato potásico) tiene edad cero; cuando se excita no emitirá tales fotones. Cuanto más antigua es la muestra, más luz emite, hasta un límite de saturación.
Los minerales que se miden suelen ser granos de cuarzo o feldespato potásico del tamaño de arena, o granos no separados del tamaño de limo. Hay ventajas y desventajas al usar cada uno. Para el cuarzo, normalmente se utilizan frecuencias de excitación azul o verde y se mide la emisión ultravioleta cercana. Para el feldespato potásico o los granos del tamaño de un limo, normalmente se utiliza la excitación en el infrarrojo cercano (IRSL) y se miden las emisiones violetas.
A diferencia de la datación por carbono 14 , los métodos de datación por luminiscencia no requieren que se data un componente orgánico contemporáneo del sedimento; solo cuarzo, feldespato potásico u otros granos minerales que han sido completamente blanqueados durante el evento que se está datando. Estos métodos tampoco adolecen de sobreestimación de fechas cuando el sedimento en cuestión se ha mezclado con "carbono viejo", o14
Carbono deficiente en C que no tiene la misma proporción isotópica que la atmósfera. En un estudio de la cronología de los sedimentos lacustres de la zona árida del lago Ulán en el sur de Mongolia , Lee et al. Descubrió que las fechas OSL y el radiocarbono coincidían en algunas muestras, pero las fechas por radiocarbono eran hasta 5800 años más antiguas en otras. [17]
Se determinó que los sedimentos con edades diferentes fueron depositados por procesos eólicos. Los vientos del oeste trajeron una afluencia de14
Carbono deficiente en carbono de suelos adyacentes y rocas carbonatadas del Paleozoico , un proceso que también está activo en la actualidad. Este carbono reelaborado cambió las proporciones isotópicas medidas, dando una edad falsamente mayor. Sin embargo, el origen de estos sedimentos arrastrado por el viento era ideal para la datación OSL, ya que la mayoría de los granos habrían sido completamente blanqueados por la exposición a la luz solar durante el transporte y el entierro. Lee y cols. concluyó que cuando se sospecha transporte de sedimentos eólicos, especialmente en lagos de ambientes áridos, el método de datación OSL es superior al método de datación por radiocarbono, ya que elimina un problema común de error del 'carbono antiguo'. [17]
Uno de los beneficios de la datación por luminiscencia es que puede utilizarse para confirmar la autenticidad de un artefacto. En condiciones adecuadas de poca luz, se puede utilizar una muestra de decenas de miligramos. [18]
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