datación por luminiscencia

La datación por luminiscencia se refiere a un conjunto de métodos de datación cronológica para determinar cuánto tiempo hace que los granos minerales estuvieron expuestos por última vez a la luz solar o a un calentamiento suficiente. Es útil para geólogos y arqueólogos que desean saber cuándo ocurrió dicho evento. Utiliza diversos 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" generalmente se refiere 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 para la TL roja. ^{[ 6 ]}

Desde las primeras aplicaciones de la datación por luminiscencia en los años 60/70, el campo ha recibido una atención creciente en la comunidad científica, con más de 3500 publicaciones por año y >200 laboratorios en todo el mundo en 2020. ^{[ 7 ]}

La radiación ionizante de fondo que rodea a los minerales —por ejemplo, el cuarzo o el feldespato potásico— enterrados en el suelo provoca una acumulación de carga en su interior. Las fuentes de esta radiación natural son los rayos cósmicos y trazas de isótopos radiactivos de elementos como el potasio , el uranio , el torio y el rubidio .

La carga atrapada se acumula con el tiempo a una velocidad determinada por la cantidad de radiación de fondo en ese lugar. La exposición a la luz provoca que la carga se disipe rápidamente y produzca luz; sin embargo, si estos granos minerales se estimulan con luz (azul o verde para OSL; infrarroja para IRSL) o calor (para TL), se emite una señal de luminiscencia al liberarse la energía electrónica almacenada, cuya intensidad varía según la duración del enterramiento (y, por lo tanto, la radiación absorbida) 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 estuvieron suficientemente expuestos a la luz o "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 s antes del enterramiento es suficiente para "reiniciar" efectivamente el reloj de datación OSL. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Este suele ser, pero no siempre, el caso con depósitos eólicos , como dunas de arena y loess , y algunos depósitos depositados por agua. Las edades OSL de cuarzo individual se pueden determinar típicamente de 100 a 350 000 años AP, y pueden ser fiables cuando se utilizan métodos adecuados y se realizan las comprobaciones apropiadas. ^{[ 10 ]} Las técnicas IRSL de feldespato tienen el potencial de extender el rango datable hasta un millón de años, ya que los feldespatos suelen tener niveles de saturación de dosis significativamente más altos que el cuarzo, aunque primero habrá que abordar los problemas relacionados con el desvanecimiento anómalo. ^{[ 9 ]} Se pueden obtener edades fuera de estos rangos, pero deben considerarse con precaución. La incertidumbre de una fecha OSL es típicamente del 5-10% de la edad de la muestra. ^{[ 11 ]}

Los métodos más comunes de datación por OSL son la técnica de dosis de alícuotas múltiples (MAD) y la de dosis regenerativa de alícuota única (SAR) ^{[ 12 ]} . En la prueba de alícuotas múltiples, se estimulan varios granos de arena al mismo tiempo y se promedia la firma de luminiscencia resultante ^{[ 13 ]} . El problema con esta técnica es que el operador desconoce las cifras individuales que se están promediando, por lo que si hay granos parcialmente preblanqueados en la muestra, puede dar una edad exagerada ^{[ 13 ]} . A diferencia del método de alícuotas múltiples, el método SAR analiza las edades de enterramiento de granos de arena individuales, que luego se representan gráficamente. Los depósitos mixtos pueden identificarse y tenerse en cuenta al determinar la edad ^{[ 13 ] .}

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 el último episodio de calentamiento. ^{[ 15 ]} Unos años más tarde, en 1960, Grögler et al. realizaron pruebas experimentales en cerámica arqueológica. ^{[ 16 ]} Durante las décadas siguientes, la investigación sobre termoluminiscencia se centró en cerámica y alfarería calentadas, sílex quemado, sedimentos de hogares cocidos, piedras de horno de túmulos quemados y otros objetos calentados. ^{[ 11 ]}

En 1963, Aitken et al. observaron que las trampas TL en calcita podían blanquearse tanto por la luz solar como por el calor, ^{[ 17 ]} y en 1965 Shelkoplyas y Morozov fueron los primeros en utilizar TL para datar sedimentos no calentados. ^{[ 18 ]} A lo largo de los años 70 y principios de los 80, la datación por TL de trampas fotosensibles en sedimentos geológicos de origen tanto terrestre como marino se generalizó. ^{[ 19 ]}

La datación óptica mediante luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) fue desarrollada en 1984 por David J. Huntley y sus colegas. ^{[ 20 ]} Hütt et al. sentaron las bases para la datación por luminiscencia estimulada infrarroja (IRSL) de feldespatos potásicos en 1988. ^{[ 21 ]} El método OSL tradicional se basa en la estimulación óptica y la transferencia de electrones desde una trampa a huecos ubicados en otra parte de la red, lo que requiere necesariamente que dos defectos estén muy cerca, por lo que es una técnica destructiva. Los centros de atrapamiento de electrones/huecos cercanos, en particular en los feldespatos, pueden sufrir tunelización localizada, lo que conduce al llamado desvanecimiento atérmico de la señal de interés con el tiempo. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

En 1994, los principios de la datación óptica y termoluminiscente se extendieron para incluir superficies de granito, basalto y arenisca, como la roca tallada en monumentos y artefactos antiguos. Ioannis Liritzis , el iniciador de la datación por luminiscencia de edificios antiguos, lo ha demostrado en varios casos de diversos monumentos. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

La datación por luminiscencia es una de varias técnicas en las que se calcula una edad de la siguiente manera: ^{[ 25 ]}

${\displaystyle A={\frac {D_{e}}{\dot {D}}}}$

Donde A es la edad, generalmente expresada en años o miles de años (ka, ky, kyr),${\displaystyle D_{e}}$la dosis equivalente en Gy ( Gray ) y${\displaystyle {\dot {D}}}$en Gy ka ^{−1 la} tasa de dosis ambiental .

La tasa de dosis ambiental se calcula utilizando factores de conversión ^{[ 28 ] [ 29 ]} a partir de mediciones de radionúclidos ( ^40K , ^238U , ^235U , ^232Th y ^87Rb ) dentro de la muestra y su entorno y la tasa de dosis de radiación de rayos cósmicos . ^{[ 30 ]} La tasa de dosis suele estar en el rango de 0,5 - 5 Gy /1000 años. La dosis total de radiación absorbida se determina excitando, con luz, minerales específicos (generalmente 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 fotoluminiscencia ordinaria . Una muestra en la que todos los granos minerales han estado expuestos a suficiente luz diurna (segundos para el cuarzo; cientos de segundos para el feldespato potásico) puede decirse que tiene edad cero; cuando se excita no emitirá ningún fotón de ese tipo. Cuanto más antigua es la muestra, más luz emite, hasta alcanzar un límite de saturación.

Los minerales naturales que se miden suelen ser granos de cuarzo o feldespato potásico del tamaño de la arena, o granos de limo sin separar. Cada método presenta ventajas y desventajas. Para el cuarzo, se suelen utilizar longitudes de onda de excitación azules o verdes, y se mide la emisión ultravioleta cercana ( desplazamiento anti-Stokes ). Para el feldespato potásico o los granos de limo, se suele utilizar la excitación infrarroja cercana (IRSL) y se miden las emisiones violeta/azul.

A diferencia de la datación ^{por 14C} , 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 se hayan blanqueado completamente durante el evento que se está datando. Estos métodos tampoco sufren de sobreestimación de fechas cuando el sedimento en cuestión se ha mezclado con "carbono antiguo" o ^14C.Carbono deficiente en C 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 OSL y de radiocarbono coincidían en algunas muestras, pero las fechas de radiocarbono eran hasta 5800 años más antiguas en otras. ^{[ 31 ]}

Se determinó que los sedimentos con edades dispares fueron depositados por procesos eólicos. Los vientos del oeste provocaron una afluencia de ¹⁴Carbono deficiente en C procedente de suelos adyacentes y rocas carbonatadas paleozoicas , un proceso que también está activo hoy en día. Este carbono reelaborado alteró las proporciones isotópicas medidas, dando una edad falsamente más antigua. Sin embargo, el origen eólico de estos sedimentos era ideal para la datación por OSL, ya que la mayoría de los granos se habrían blanqueado completamente por la exposición a la luz solar durante el transporte y el enterramiento. Lee et al. concluyeron que cuando se sospecha del transporte eólico de sedimentos, especialmente en lagos de ambientes áridos, el método de datación por OSL es superior al método de datación por radiocarbono, ya que elimina un problema común de error del "carbono antiguo". ^{[ 31 ]}

Una de las ventajas de la datación por luminiscencia es que puede utilizarse para confirmar la autenticidad de un artefacto. En condiciones adecuadas de baja luminosidad, se puede utilizar una muestra de decenas de miligramos. ^{[ 32 ]}

• Dosimetría

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