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Datación por luminiscencia

La datación por luminiscencia se refiere a un grupo de métodos de datación cronológica que permiten determinar cuánto tiempo hace que los granos minerales estuvieron expuestos por última vez a la luz solar o a un calor suficiente. Es útil para los geólogos y arqueólogos que desean 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), la radiofluorescencia (RF) [1] [2] [3] , la fotoluminiscencia infrarroja (IR-PL) [4] y la datación por termoluminiscencia (TL). La "datación óptica" se refiere normalmente 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 [5] hasta más de un millón de años. [6]

Tipos de técnicas de datación por luminiscencia con su evento de estimulación y restablecimiento.

Condiciones y precisión

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 en 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 una velocidad determinada 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) hace que se emita una señal de luminiscencia a medida que se libera la energía electrónica inestable almacenada, cuya intensidad varía según la cantidad de radiación absorbida durante el entierro y las 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 del evento que se está datando. 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. [7] Este suele ser el caso, pero 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 único se pueden determinar típicamente de 100 a 350.000 años BP, y pueden ser confiables cuando se utilizan métodos adecuados y se realizan las comprobaciones adecuadas. [8] Las técnicas IRSL de feldespato tienen el potencial de extender el rango datable a un millón de años, ya que los feldespatos suelen tener niveles de saturación de dosis significativamente más altos que el cuarzo, aunque primero será necesario abordar los problemas relacionados con el desvanecimiento anómalo. [7] Se pueden obtener edades fuera de estos rangos, pero deben considerarse con cautela. La incertidumbre de una fecha OSL suele ser del 5 al 10 % de la edad de la muestra. [9]

Los métodos más comunes de datación OSL son la denominada técnica de dosis alícuota múltiple (MAD) y la técnica de dosis regenerativa de alícuota única (SAR) [10] . En la prueba de alícuota múltiple, se estimulan varios granos de arena al mismo tiempo y se promedia la firma de luminiscencia resultante. [11] 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 arrojar una edad exagerada. [11] A diferencia del método de alícuota múltiple, el método SAR prueba las edades de enterramiento de granos de arena individuales que luego se grafican. Se pueden identificar depósitos mixtos y tenerlos en cuenta al determinar la edad. [11]

Historia

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 del calentamiento. [12] Las pruebas experimentales en cerámica arqueológica siguieron unos años más tarde, en 1960, por Grögler et al. [13] Durante las siguientes décadas, la investigación sobre termoluminiscencia se centró en cerámica y cerámica calentadas, pedernales quemados, sedimentos de hogares cocidos, piedras de horno de montículos quemados y otros objetos calentados. [9]

En 1963, Aitken et al. observaron que las trampas TL en calcita podían blanquearse con la luz solar y el calor, [14] y en 1965 Shelkoplyas y Morozov fueron los primeros en utilizar TL para datar sedimentos no calentados. [15] A lo largo de los años 70 y principios de los 80, la datación TL de trampas sensibles a la luz en sedimentos geológicos de origen terrestre y marino se hizo más generalizada. [ 16]

La datación óptica mediante luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) fue desarrollada en 1984 por David J. Huntley y sus colegas. [17] Hütt et al. sentaron las bases para la datación por luminiscencia estimulada por infrarrojos (IRSL) de feldespatos de potasio en 1988. [18] El método OSL tradicional se basa en la estimulación óptica y la transferencia de electrones desde una trampa a huecos ubicados en otras partes de la red, lo que requiere necesariamente que dos defectos estén en proximidad cercana, y por lo tanto es una técnica destructiva. Los centros de captura de electrones/huecos cercanos, en particular en feldespatos, pueden sufrir tunelización localizada, lo que conduce al llamado desvanecimiento atérmico de la señal de interés con el tiempo. [19] [20] [21]

En 1994, los principios de la datación óptica y termoluminiscente se ampliaron para incluir superficies 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, ha demostrado esto en varios casos de varios monumentos. [22] [23] [24]

Física

La datación por luminiscencia es una de varias técnicas en las que se calcula una edad de la siguiente manera: [22]

Donde A es la edad, normalmente expresada en años o miles de años (ka o kya), la dosis equivalente en Gy ( Gray ) y en Gy ka -1 la tasa de dosis ambiental .

La tasa de dosis ambiental se calcula utilizando factores de conversión [25] [26] a partir de mediciones de radionucleidos ( 40 K, 238 U, 235 U, 232 Th y 87 Rb) dentro de la muestra y sus alrededores y la tasa de dosis de radiación de los rayos cósmicos [27] . La tasa de dosis suele estar en el rango de 0,5 a 5 Gy /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 estado expuestos a suficiente luz natural (segundos para el cuarzo; cientos de segundos para el feldespato potásico) tiene edad cero; cuando se excita, no emitirá ninguno de esos fotones. Cuanto más antigua sea la muestra, más luz emite, hasta un límite de saturación.

Minerales

Los minerales naturales que se miden son generalmente granos de tamaño de arena de cuarzo o feldespato potásico, o granos de tamaño de limo no separados. Existen ventajas y desventajas en el uso de cada uno. Para el cuarzo, normalmente se utilizan longitudes de onda de excitación azul o verde y se mide la emisión ultravioleta cercana ( desplazamiento anti-Stokes ). Para el feldespato potásico o granos de tamaño de limo, normalmente se utiliza la excitación infrarroja cercana (IRSL) y se miden las emisiones violeta/azul.

Comparación con la datación por radiocarbono

A diferencia de la datación por carbono-14 , los métodos de datación por luminiscencia no requieren un componente orgánico contemporáneo del sedimento para ser datado; solo cuarzo, feldespato potásico u otros granos minerales que hayan sido completamente blanqueados durante el evento que se está datando. Estos métodos tampoco sufren de sobreestimación de las fechas cuando el sedimento en cuestión ha sido mezclado con "carbono antiguo" o14
Carbono deficiente en carbono que no tiene la misma proporción isotópica que la atmósfera. En un estudio de la cronología de sedimentos lacustres de zonas áridas del lago Ulaan en el sur de Mongolia , Lee et al. descubrieron que las fechas de OSL y radiocarbono coincidían en algunas muestras, pero las fechas de radiocarbono eran hasta 5800 años más antiguas en otras. [28]

Se determinó que los sedimentos con edades diferentes fueron depositados por procesos eólicos. Los vientos del oeste trajeron un influjo de14
Carbono deficiente en C 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 más antigua. Sin embargo, el origen eólico de estos sedimentos fue ideal para la datación OSL, ya que la mayoría de los granos se habrían blanqueado completamente por la exposición a la luz solar durante el transporte y el entierro. Lee et al. concluyeron que cuando se sospecha transporte de sedimentos eólicos, especialmente en lagos de entornos áridos, el método de datación OSL es superior al método de datación por radiocarbono, ya que elimina un problema de error común de "carbono antiguo". [28]

Otros usos

Una de las ventajas de la datación por luminiscencia es que se puede utilizar para confirmar la autenticidad de un artefacto. En condiciones adecuadas de poca luz, se puede utilizar una muestra de decenas de miligramos. [29]

Véase también

Notas

  1. ^ Trautmann, T; Krbetschek, Matthias R; Dietrich, A; Stolz, W (1998). "Investigaciones de la radioluminiscencia del feldespato: potencial para una nueva técnica de datación". Mediciones de radiación . 29 (3–4): 421–425. doi :10.1016/s1350-4487(98)00012-2.
  2. ^ Trautmann, T; Krbetschek, Matthias R; Dietrich, A; Stolz, W (1999). "Radioluminiscencia de feldespato: un nuevo método de datación y su base física". Journal of Luminescence . 85 (1–3): 45–58. doi :10.1016/s0022-2313(99)00152-0.
  3. ^ Murari, Madhav Krishna; Kreutzer, Sebastián; Rey, Georgina E; Frouin, marino; Tsukamoto, Sumiko; Schmidt, Christoph; Lauer, Tobías; Klasen, Nicole; Richter, Daniel; Federico, Johannes; Mercier, Norberto; Fuchs, Markus (2021). "Datación por radiofluorescencia infrarroja (IR-RF): una revisión". Geocronología Cuaternaria . 64 : 101155. doi : 10.1016/j.quageo.2021.101155.
  4. ^ Prasad, Amit Kumar; Poolton, Nigel RJ; Kook, Myungho; Jain, Mayank (2017). "Datación óptica bajo una nueva luz: una investigación directa y no destructiva de electrones atrapados". Scientific Reports . 7 (1): 461. doi :10.1038/s41598-017-10174-8.
  5. ^ Montret y otros, 1992
  6. ^ Fattahi M., Stokes S., 2001
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  8. ^ Murray, AS y Olley, JM (2002). "Precisión y exactitud en la datación por luminiscencia estimulada ópticamente de cuarzo sedimentario: una revisión del estado" (PDF) . Geochronometria . 21 : 1–16 . Consultado el 8 de febrero de 2016 .
  9. ^ ab Roberts, RG, Jacobs, Z., Li, B., Jankowski, NR, Cunningham, AC, y Rosenfeld, AB (2015). "Datación óptica en arqueología: treinta años en retrospectiva y grandes desafíos para el futuro". Journal of Archaeological Science . 56 : 41–60. doi :10.1016/j.jas.2015.02.028.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
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Referencias