Термолюминесцентное датирование
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 править
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[1].
Физика править
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[2]. Это явление и называют термолюминесценцией.
История править
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.[3], опубликованном в 1953 году.
Первые практические применения датированы 1960-ми годами[4][5]. В последующие годы публикации по данной теме встречаются довольно часто[6][7].
Применение править
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[5], вулканических пород, импактитов, фульгуритов, лёсса, дюнного и акватического песка, алевритов[1]. В археологии применяется для датировки античной керамики[8] и других изделий из обожжённой глины, таких как терракоты[9], обжиговые печи, кирпич, а также обожжённых кремнёвых орудий и камней очагов, искусственного стекла и шлаков[1].
Свойства кристаллов накапливать ионизирующее излучение также используются в термолюминесцентных дозиметрах для регистрации ионизирующих излучений.
Ограничения править
С точки зрения физического обоснования сам метод считается достаточно точным и надёжным. Однако необходимо принимать во внимание следующие факторы:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 править
Ссылки править
Литература править
- Вагнер Г. А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. — М.: Техносфера, 2006.
Примечания править
- ↑ 1 2 3 Вагнер Г. А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. — М.: Техносфера, 2006.
- ↑ Тайт М. Влияние естественных наук на археологию // Успехи физических наук. — 1972. — Т. 107, вып. 1. — С. 125—140. — doi:10.3367/UFNr.0107.197205e.0125. Архивировано 8 августа 2014 года.
- ↑ Daniels F. et al. Thermoluminescence as a Research Tool (англ.) // Science. — 1953. — Vol. 117, iss. 3040. — P. 343—349. — doi:10.1126/science.117.3040.34. Архивировано 3 июня 2022 года.
- ↑ Ralph E. K., Han M. C. Dating of Pottery by Thermoluminescence (англ.) // Nature. — 1966. — Vol. 210. — P. 245—247. — doi:10.1038/210245a0.
- ↑ 1 2 Thermoluminescence of Geological Materials (англ.) / Ed. by D. J. McDoughall. — N. Y.: Academic Press, 1968.
- ↑ Aitken M. J. Thermoluminescence Dating (англ.). — London: Academic Press, 1985.
- ↑ A specialist seminar on thermoluminescence dating [Oxford, July 1978] (англ.) / Ed. by T. Hackens, V. Mejdahl. — Oxford: Research laboratory for archaeology and the history of art, 1979. — 509 p. — (PACT). — ISBN 2-8017-0226-9.
- ↑ Aitken M. J., Zimmerman D. W., Fleming S. J. Thermoluminescent Dating of Ancient Pottery (англ.) // Nature. — 1968. — Vol. 219. — P. 442—445. — doi:10.1038/219442a0.
- ↑ Определение возраста терракот цивилизации Нок