Datation de luminescence

La datation par luminescence (y compris la thermoluminescence et la luminescence stimulée optiquement) est un type de méthodologie de datation qui mesure la quantité de lumière émise par l'énergie stockée dans certains types de roches et sols dérivés pour obtenir une date absolue pour un événement spécifique qui s'est produit dans le passé. La méthode est une technique de datation directe, ce qui signifie que la quantité d'énergie émise est un résultat direct de l'événement mesuré. Mieux encore, contrairement à la datation au radiocarbone, l'effet des mesures de datation par luminescence augmente avec le temps. En conséquence, il n'y a pas de limite de date supérieure fixée par la sensibilité de la méthode elle-même, bien que d'autres facteurs puissent limiter la faisabilité de la méthode.

Comment fonctionne la datation par luminescence

Les archéologues utilisent deux formes de datation par luminescence pour dater les événements du passé: la thermoluminescence (TL) ou la luminescence stimulée thermiquement (TSL), qui mesure l'énergie émise après qu'un objet a été exposé à des températures comprises entre 400 et 500 ° C; et la luminescence stimulée optiquement (OSL), qui mesure l'énergie émise après qu'un objet a été exposé à la lumière du jour.

Pour le dire simplement, certains minéraux (quartz, feldspath et calcite) stockent l'énergie du soleil à un rythme connu. Cette énergie est logée dans les réseaux imparfaits des cristaux du minéral. Le chauffage de ces cristaux (par exemple lorsqu'un vase de poterie est cuit ou lorsque des roches sont chauffées) vide l'énergie stockée, après quoi le minéral recommence à absorber l'énergie.

La datation TL consiste à comparer l'énergie emmagasinée dans un cristal à ce qui "devrait" y être, créant ainsi une date de dernière chauffe. De la même manière, la datation OSL (luminescence stimulée optiquement) mesure plus ou moins la dernière fois qu'un objet a été exposé au soleil. La datation par luminescence est bonne pour quelques centaines à (au moins) plusieurs centaines de milliers d'années, ce qui la rend beaucoup plus utile que la datation au carbone.

La signification de la luminescence

Le terme luminescence fait référence à l'énergie émise sous forme de lumière par des minéraux tels que le quartz et le feldspath après qu'ils ont été exposés à une sorte de rayonnement ionisant. Les minéraux - et, en fait, tout ce qui se trouve sur notre planète - sont exposés au rayonnement cosmique: la datation par luminescence profite du fait que certains minéraux collectent et libèrent de l'énergie à partir de ce rayonnement dans des conditions spécifiques.

Les types de roches cristallines et les sols collectent l'énergie de la désintégration radioactive de l'uranium cosmique, du thorium et du potassium-40. Les électrons de ces substances sont piégés dans la structure cristalline du minéral, et l'exposition continue des roches à ces éléments au fil du temps entraîne une augmentation prévisible du nombre d'électrons capturés dans les matrices. Mais lorsque la roche est exposée à des niveaux suffisamment élevés de chaleur ou de lumière, cette exposition provoque des vibrations dans les réseaux minéraux et les électrons piégés sont libérés. L'exposition aux éléments radioactifs se poursuit et les minéraux recommencent à stocker des électrons libres dans leurs structures. Si vous pouvez mesurer le taux d'acquisition de l'énergie stockée, vous pouvez déterminer combien de temps s'est écoulé depuis l'exposition.

Les matériaux d'origine géologique auront absorbé des quantités considérables de rayonnement depuis leur formation, de sorte que toute exposition causée par l'homme à la chaleur ou à la lumière réinitialisera l'horloge de luminescence considérablement plus récemment que cela, car seule l'énergie stockée depuis l'événement sera enregistrée..

Mesurer l'énergie stockée

La façon dont vous mesurez l'énergie stockée dans un objet qui, selon vous, a été exposé à la chaleur ou à la lumière dans le passé est de stimuler à nouveau cet objet et de mesurer la quantité d'énergie libérée. L'énergie libérée par la stimulation des cristaux est exprimée en lumière (luminescence). L'intensité de la lumière bleue, verte ou infrarouge créée lors de la stimulation d'un objet est proportionnelle au nombre d'électrons stockés dans la structure du minéral et, à son tour, ces unités lumineuses sont converties en unités de dose.

Les équations utilisées par les chercheurs pour déterminer la date à laquelle la dernière exposition s'est produite sont généralement:

Âge = luminescence totale / taux annuel d'acquisition de luminescence, ou
Âge = paléodose (De) / dose annuelle (DT)

Où De est la dose bêta de laboratoire qui induit la même intensité de luminescence dans l'échantillon émis par l'échantillon naturel, et DT est le débit de dose annuel composé de plusieurs composants de rayonnement qui se produisent dans la désintégration des éléments radioactifs naturels.

Événements et objets datables

Les artefacts qui peuvent être datés à l'aide de ces méthodes comprennent la céramique, les lithiques brûlées, les briques brûlées et le sol des foyers (TL) et les surfaces de pierre non brûlées qui ont été exposées à la lumière puis enterrées (OSL).

Poterie: Le chauffage le plus récent mesuré dans les tessons de poterie est supposé représenter l'événement de fabrication; le signal provient du quartz ou du feldspath dans l'argile ou d'autres additifs de revenu. Bien que les récipients en poterie puissent être exposés à la chaleur pendant la cuisson, la cuisson n'est jamais à des niveaux suffisants pour réinitialiser l'horloge de luminescence. La datation TL a été utilisée pour déterminer l'âge des occupations de la civilisation de la vallée de l'Indus, qui s'étaient révélées résistantes à la datation au radiocarbone, en raison du climat local. La luminescence peut également être utilisée pour déterminer la température de cuisson d'origine.
Lithics: Les matières premières telles que les silex et les cherts ont été datées par TL; La roche fissurée par le feu provenant des foyers peut également être datée par TL tant qu'elle a été cuite à des températures suffisamment élevées. Le mécanisme de réinitialisation est principalement chauffé et fonctionne sur l'hypothèse que la pierre brute a été traitée thermiquement pendant la fabrication des outils en pierre. Cependant, le traitement thermique implique normalement des températures comprises entre 300 et 400 ° C, pas toujours suffisamment élevées. Le meilleur succès des dates TL sur les artefacts en pierre taillée provient probablement d'événements lorsqu'ils ont été déposés dans un foyer et tirés accidentellement.
Surfaces des bâtiments et des murs: Les éléments enterrés des murs debout des ruines archéologiques ont été datés en utilisant la luminescence stimulée optiquement; la date dérivée donne l'âge de l'enfouissement de la surface. En d'autres termes, la date OSL sur un mur de fondation d'un bâtiment est la dernière fois que la fondation a été exposée à la lumière avant d'être utilisée comme couches initiales dans un bâtiment, et donc lorsque le bâtiment a été construit pour la première fois..
Autres: Un certain succès a été trouvé dans la datation d'objets tels que des outils en os, des briques, du mortier, des monticules et des terrasses agricoles. Les scories anciennes provenant de la première production de métaux ont également été datées à l'aide de TL, ainsi que la datation absolue de fragments de four ou de revêtements vitrifiés de fours et de creusets.

Les géologues ont utilisé OSL et TL pour établir de longues chronologies logarithmiques des paysages; la datation par luminescence est un outil puissant pour aider à dater les sentiments datant du Quaternaire et des périodes beaucoup plus anciennes.

Histoire de la science

La thermoluminescence a d'abord été clairement décrite dans un document présenté à la Royal Society (de Grande-Bretagne) en 1663, par Robert Boyle, qui a décrit l'effet dans un diamant qui avait été réchauffé à la température du corps. La possibilité d'utiliser du TL stocké dans un échantillon de minéral ou de poterie a été proposée pour la première fois par le chimiste Farrington Daniels dans les années 1950. Au cours des années 60 et 70, le Laboratoire de recherche en archéologie et en histoire de l'art de l'Université d'Oxford a mené le développement du TL comme méthode de datation des matériaux archéologiques..

Sources

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