Rzucenie światła na odwieczną tajemnicę
Metoda datowania luminescencyjnego służy do szacowania czasu, który upłynął od momentu, gdy drobinki minerału, takiego jak kwarc, były po raz ostatni wystawione na działanie światła dziennego. Technika ta jest niezbędna do datowania stanowisk geologicznych i archeologicznych, umożliwiając datowanie materiałów liczących nawet 500 000 lat. Pomiary te wykazują jednak pewien stopień zmienności, której przyczyny nie są znane. Celem wspartego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu RELOS było uzupełnienie tej luki w wiedzy. „Jest to wielka niewiadoma, którą, naszym zdaniem, należy rozwikłać”, mówi koordynator projektu Jan-Pieter Buylaert. „W eksperymentach laboratoryjnych wciąż obserwujemy niewyjaśnione rozproszenie w widocznym zmagazynowanym ładunku, nawet mimo poddania każdej drobinki dokładnie takiej samej dawce promieniowania”. W praktyce uzasadnienia post hoc dokonywane przez praktyków służą często do odrzucenia lub wyjaśnienia rozproszenia wyników, nadając datowaniu luminescencyjnemu pewnej dozy subiektywizmu. Poprzez określenie przyczyn rozproszenia Buylaert i jego współpracownicy z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego mieli nadzieję zwiększyć pewność tego procesu.
Rozpad promieniotwórczy
Kiedy drobinki minerałów spoczywają pod ziemią, stopniowo akumulują energię pochodzącą z wystawienia na naturalną radioaktywność w otaczającej je macierzy. Energia ta jest przechowywana w postaci ładunku uwięzionego w niedoskonałościach struktury krystalicznej minerału. Kiedy drobinki zostają wystawione na działanie jasnego światła, zarówno w naturze jak i w laboratorium, ładunek zostaje uwolniony, a zmagazynowana energia wyzwolona w postaci fotonów. Ta luminescencja pozwala badaczom określić czas, w jakim drobinki spoczęły pod ziemią. Jednym z kluczowych założeń przy obliczaniu tempa magazynowania ładunku jest to, że drobinki pozostają elektrycznie obojętne. Jednakże zespół projektu RELOS wykazał, że miejsce ma znaczne narastanie nierównowagi ładunków, w miarę którego niektóre drobinki ulegają ujemnemu, a inne dodatniemu naładowaniu. „Odpowiada za to połączenie wielkości drobinki z zakresem promieniowania”, wyjaśnia Buylaert. „Ale choć udało nam się zaobserwować ten efekt w warunkach eksperymentalnych, nie byliśmy w stanie połączyć tego z rozproszeniem obserwowanym w rozkładach dawek w naturze”. Druga hipoteza sugerowała, że rozmiar, rozmieszczenie i geometria poszczególnych drobinek wpływa na sposób rozdzielenia pochłoniętej z promieniowania energii pomiędzy poszczególne drobinki, a tym samym na szybkość, z jaką ładunek gromadzi się w jednej drobince mineralnej w porównaniu z innym. Zespół Buylaerta zbudował złożone modele matematyczne, aby to uwzględnić.
Datowanie lessu
W trakcie trwania projektu Buylaert i jego współpracownicy postanowili również opracować krzywą odpowiedzi luminescencyjnej na dawkę promieniowania w naturze, dokonując pomiaru drobinek pozyskanych z czwartorzędowego naziemnego stanowiska referencyjnego znajdującego się na chińskiej Wyżynie Lessowej. Pył gromadzi się tam w stałym tempie od milionów lat, a wiek różnych warstw można sprawdzić za pomocą sygnałów takich jak paleomagnetyzm (odwrócenie biegunów) i cykle Milankovitcha. Niestety okazało się to niemożliwe. „Napotkaliśmy wiele metrów zerodowanych osadów, a skoki wiekowe w dół przekroju sięgały wielu dziesiątek tysięcy lat. W związku z tym nie mogliśmy opracować krzywej odpowiedzi na dawkę promieniowania na tym stanowisku, jednakże byliśmy w stanie powiązać te różnice wiekowe z regionalnymi i globalnymi zjawiskami klimatycznymi”, dodaje Buylaert. Wyniki te ukazały się w czasopiśmie „Nature Communications”. Buylaert twierdzi, że modele geometryczne opracowane w ramach projektu okażą się pomocne w jego nowym projekcie dotyczącym migracji ludzi w Azji Środkowej: „Problem nie zniknie i skorzystamy z każdej okazji, która się nadarzy, aby wznowić nasze badania”
Słowa kluczowe
RELOS, datowanie luminescencyjne, radioaktywny, wiek, minerał, archeologiczny, promieniowanie, ładunek, rozproszenie
