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Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften

Arbeitsgruppe Lumineszenz am LS Geomorphologie

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Grundlagen

Die Lumineszenzdatierung nutzt die Fähigkeit von Mineralen (hauptsächlich von Quarz und Feldspäten), Energie, die durch ionisierende Strahlung übertragen wird, zu speichern. Diese Strahlung wird verursacht durch den Zerfall natürlich vorkommender Radioisotope der Elemente Uran, Kalium und Thorium sowie durch kosmische Teilchen. Das Ergebnis dieser Bestrahlung sind freie Elektronen, die in Fehlstellen des Kristallgitters über geologische Zeiträume gefangen werden können. Durch Stimulation dieser Elektronenfallen mit Hilfe externer Energiezufuhr, wie etwa Licht oder Wärme, ist es möglich, die Elektronen zu befreien und die Anzahl der durch die Elektronen emittierten Photonen zu messen.

Auf diese Weise sind Licht und Hitze in der Lage, alle Elektronenfallen des Minerals zu leeren und damit die „Uhr“ gewissermaßen auf null zu setzen. Nachdem die Minerale wieder von Sedimenten überlagert und damit nicht mehr länger dem Sonnenlicht ausgesetzt sind bzw. nachdem sie nicht mehr länger dem Einfluss der Wärmequelle unterworfen sind, beginnen sie erneut, Energie aus dem sie umgebenden Sedimenten zu akkumulieren. Das heißt, je länger die Minerale „begraben“ sind, desto mehr Strahlungsenergie können sie akkumulieren und desto mehr Photonen können daher bei der erneuten Stimulation im Labor freigesetzt und gemessen werden. Damit ist das Lumineszenzsignal eine Funktion der Strahlungsenergie, welche das Mineral gespeichert hat. Unter der Annahme eines zeitlich konstanten Strahlungsfeldes (konstante Energiezufuhr pro Zeiteinheit), kann das Alter mit folgender Formel berechnet werden:

Alter = Äquivalentdosis [Gy]/Dosisleistung [Gy/a]

    - Alter: Zeitpunkt der letzten Belichtung oder Erhitzung
    - Äquivalenzdosis: Betrag absorbierter Energie pro Masse, angegeben in Gy = J/kg
    - Dosisleistung: pro Zeiteinheit zugeführte Dosis, angegeben in Gy/a


Je nach Art der Stimulation unterscheidet man:

  • Thermolumineszenz (TL; Anregung durch Wärmezufuhr)
  • Optisch Stimulierte Lumineszenz (OSL; Anregung durch Licht)
  • Radiofluoreszenz (RF: Anregung durch  ionisierende Starhlung)

Mit Hilfe der Lumineszenzdatierung können insbesondere archäologische Funde (Keramiken, erhitzte Silex-Artefakte, Feuerstellen) sowie äolische, fluviale, glaziale und limnische Sedimente datiert werden. Aus den archäologischen Materialien und Sedimenten werden zur Datierung Quarz- und Feldspatkörner extrahiert. Neuerdings wird das Lumineszenzsignal von Quarz und Feldspat auch zur Rekonstruktion der Temperaturgeschichte von Gesteinen der Erdkruste verwendet (Thermochronometrie).


Datierungstechniken

Innerhalb der Lumineszenzdatierung können verschiedene Methoden unterschieden werden:

  • Die Thermolumineszenz (TL)
    Stimulation durch Wärmezufuhr
    Anwendungsbereiche: Keramiken, erhitztes Gestein, Sedimente
  • Optisch Stimulierte Lumineszenz (OSL)
    Stimulation durch Licht sichtbarer Wellenlängen, z.B. blau, grün, gelb
    Anwendungsbereiche: Sedimente/Quarz
  • Infrarotstimulierte Lumineszenz (IRSL)
    Stimulation durch Infrarotlicht
    Anwendungsbereiche: Sedimente/Feldspat
  • Radiofluoreszenz (RF)
    Stimulation durch ionisierende Strahlung
    Anwendungsbereiche: Sedimente/Feldspat

Verantwortlich für die Redaktion: Manfred Fischer

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