Datacion por termoluminiscencia

Gráfico 1: Las tres etapas de la termoluminiscencia, como se describe en Aitken (1985, 1998) y aplicadas a un grano de cuarzo (Keizars, 2008b)

Gráfico 2: El proceso de recarga y descarga de señal termoluminiscente, como se aplica a las arenas de playa. (modificado de Aitken, 1998; Keizars, 2008a)

Gráfico 3: firma termoluminiscencia perdida durante la migración de dos tamaños de grano de arena (Keizars, 2008).

Gráfico 4: Método ilustrado de monitoreo pasivo de la entrada de arena (Keizars, 2003).

La datación por termoluminiscencia (TL) es la determinación, mediante la medición de la dosis de radiación acumulada, del tiempo transcurrido desde que se calentó un material que contenía minerales cristalinos (lava, cerámica) o expuestos a la luz solar (sedimentos). A medida que se calienta un material cristalino durante las mediciones, comienza el proceso de termoluminiscencia. La termoluminiscencia emite una señal de luz débil que es proporcional a la dosis de radiación absorbida por el material. Es un tipo de datación por luminiscencia.

La técnica tiene una amplia aplicación y es relativamente económica, con un costo de entre 300 y 700 dólares estadounidenses por objeto; lo ideal es que se analicen varias muestras. Los sedimentos son más caros hasta la fecha. Es necesaria la destrucción de una cantidad relativamente importante de material de muestra, lo que puede ser una limitación en el caso de las obras de arte. El calentamiento debe haber llevado el objeto por encima de los 500 °C, lo que cubre la mayoría de las cerámicas, aunque la porcelana muy cocida crea otras dificultades. A menudo funcionará bien con piedras que han sido calentadas por fuego. El núcleo de arcilla de las esculturas de bronce hechas por fundición a la cera perdida también se puede probar.

Los diferentes materiales varían considerablemente en su idoneidad para la técnica, dependiendo de varios factores. La irradiación posterior, por ejemplo, si se toma una radiografía, puede afectar la precisión, al igual que la "dosis anual" de radiación que un objeto enterrado ha recibido del suelo circundante. Idealmente, esto se evalúa mediante mediciones realizadas en el punto de búsqueda preciso durante un largo período. Para las obras de arte, puede ser suficiente confirmar si una pieza es antigua o moderna (es decir, auténtica o falsa), y esto puede ser posible incluso si no se puede estimar una fecha precisa.

Funcionalidad

Los materiales cristalinos naturales contienen imperfecciones: iones de impurezas, dislocaciones por tensión y otros fenómenos que alteran la regularidad del campo eléctrico que mantiene unidos a los átomos en la red cristalina. Estas imperfecciones conducen a jorobas y depresiones locales en el potencial eléctrico del material cristalino. Donde hay una caída (la llamada "trampa de electrones"), un electrón libre puede ser atraído y atrapado.

El flujo de radiación ionizante, tanto de la radiación cósmica como de la radiactividad natural, excita los electrones de los átomos en la red cristalina hacia la banda de conducción, donde pueden moverse libremente. La mayoría de los electrones excitados pronto se recombinarán con los iones de la red, pero algunos quedarán atrapados, almacenando parte de la energía de la radiación en forma de carga eléctrica atrapada (Figura 1).

Dependiendo de la profundidad de las trampas (la energía necesaria para liberar un electrón de ellas), el tiempo de almacenamiento de los electrones atrapados variará, ya que algunas trampas son lo suficientemente profundas para almacenar carga durante cientos de miles de años.

En uso práctico

Otra técnica importante para analizar muestras de un sitio histórico o arqueológico es un proceso conocido como prueba de termoluminiscencia, que implica el principio de que todos Los objetos absorben la radiación del medio ambiente. Este proceso libera electrones dentro de elementos o minerales que quedan atrapados dentro del artículo. La prueba de termoluminiscencia implica calentar una muestra hasta que libera un tipo de luz, que luego se mide para determinar la última vez que se calentó el artículo.

En la datación por termoluminiscencia, estas trampas a largo plazo se utilizan para determinar la edad de los materiales: cuando el material cristalino irradiado se calienta nuevamente o se expone a una luz intensa, los electrones atrapados reciben suficiente energía para escapar. En el proceso de recombinación con un ion reticular, pierden energía y emiten fotones (cuantos de luz), detectables en el laboratorio.

La cantidad de luz producida es proporcional al número de electrones atrapados que se han liberado, que a su vez es proporcional a la dosis de radiación acumulada. Para relacionar la señal (la termoluminiscencia, la luz que se produce cuando se calienta el material) con la dosis de radiación que la provocó, es necesario calibrar el material con dosis de radiación conocidas, ya que la densidad de trampas es muy variable.

La datación por termoluminiscencia presupone una "reducción a cero" evento en la historia del material, ya sea calentamiento (en el caso de la cerámica o la lava) o exposición a la luz solar (en el caso de los sedimentos), que elimina los electrones atrapados preexistentes. Por lo tanto, en ese punto la señal de termoluminiscencia es cero.

A medida que pasa el tiempo, el campo de radiación ionizante alrededor del material hace que los electrones atrapados se acumulen (Figura 2). En el laboratorio, la dosis de radiación acumulada se puede medir, pero esto por sí solo es insuficiente para determinar el tiempo transcurrido desde el evento de puesta a cero.

La tasa de dosis de radiación, la dosis acumulada por año, debe determinarse primero. Esto se hace comúnmente mediante la medición de la radiactividad alfa (el contenido de uranio y torio) y el contenido de potasio (K-40 es un emisor beta y gamma) del material de muestra.

A menudo, se mide el campo de radiación gamma en la posición del material de muestra, o se puede calcular a partir de la radiactividad alfa y el contenido de potasio del entorno de la muestra, y se agrega la dosis de rayos cósmicos. Una vez que todos los componentes de la radiación campo, la dosis acumulada de las mediciones de termoluminiscencia se divide por la dosis acumulada cada año, para obtener los años desde el evento de puesta a cero.

Relación con la datación por radiocarbono

La datación por termoluminiscencia se usa para materiales donde la datación por radiocarbono no está disponible, como los sedimentos. Actualmente es habitual su uso en la autentificación de cerámicas antiguas, de las que da la fecha aproximada de la última cocción. Un ejemplo de esto se puede ver en Rink y Bartoll, 2005.

La datación por termoluminiscencia fue modificada para su uso como una herramienta de análisis de migración pasiva de arena por Keizars, et al., 2008 (Figura 3), demostrando las consecuencias directas resultantes de la reabastecimiento inadecuado de playas hambrientas usando arena fina, además de proporcionar un método pasivo para vigilar el reabastecimiento de arena y observar los aportes de arena fluviales u otros a lo largo de las costas (Figura 4).

Curva TL de cuarzo típico medida con un filtro UV durante las citas TL rutinarias.

Relación con otros métodos de datación por luminiscencia

La datación por luminiscencia estimulada ópticamente es un método de medición relacionado que reemplaza el calentamiento con exposición a luz intensa. El material de muestra se ilumina con una fuente muy brillante de luz verde o azul (para cuarzo) o luz infrarroja (para feldespato de potasio). La luz ultravioleta emitida por la muestra se detecta para la medición.

Referencias y bibliografía

• GlobalNet.co.uk, Quaternary TL Surveys - Guide to thermoluminescence date measurement
• Aitken, M.J., Citas de termoluminiscencia, Academic Press, London (1985) – Texto estándar para la introducción al campo. Bastante completo y técnico, pero bien escrito y bien organizado. Hay una segunda edición.
• Aitken, M.J., Introducción a la cita óptica, Oxford University Press (1998) – Buena introducción al campo.
• Keizars, K.Z. 2003. NRTL como método de análisis del transporte de arena a lo largo de la costa de la península de San José, Florida. GAC/MAC 2003. Presentación: Universidad Brock, St. Catharines, Ontario, Canadá.
• JCRonline.org, 한eizars, Z., Forrest, B., Rink, W.J. 2008. Termoluminiscencia Residual Natural como método de análisis del transporte de arena a lo largo de la costa de la península de San José, Florida. Journal of Coastal Research, 24: 500–507.
• Keizars, Z. 2008b. Tendencias NRTL observadas en las arenas de la península de San José, Florida. Universidad de Queen. Presentación: Queen's University, Kingston, Ontario, Canadá.
• Liritzis, I., 2011. Surface Dating by Luminescence: An Overview. Geochronometria, 38(3): 292–302.
• Mortlock, AJ; Price, D and Gardiner, G. The Discovery and Preliminary Thermoluminescence Dating of Two Aboriginal Cave Shelters in the Selwyn Ranges, Queensland [online]. Arqueología Australiana, No. 9, nov 1979: 82–86. Disponibilidad: [citado 04 feb 15].
• Antiquity.ac.uk, Rink, W. J., Bartoll, J. 2005. Partiendo de las líneas geométricas Nasca en el desierto peruano. Antigüedad, 79: 390-401.
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