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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Geomorphologie, Bodengeographie, Quartärforschung

Funktionsprinzip

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Für die geomorphologische und quartärgeologische Forschung ist die Methode interessant, weil Umlagerungsprozesse von Sedimenten datiert und damit Sedimentabfolgen chronostratigraphisch differenziert werden können. Der mögliche Datierungszeitraum der Methode reicht von wenigen Jahrzehnten bis zu ca. 150.000 Jahren vor heute.

OSL und TL gehören zu den strahlendosimetrischen Datierungsmethoden. Deren Funktionsprinzip beruht darauf, dass in den Kristallgittern von Mineralen Energie aus dem Zerfall radioaktiver Elemente absorbiert und über geologische Zeiträume gespeichert werden kann. Dabei werden Elektronen innerhalb der Kristallgitter in höhere Energieniveaus transferiert. Dort verweilen sie, bis sie nach Stimulation durch Tageslicht oder Hitze wieder in ihren Grundzustand zurückkehren. Die dabei freiwerdende Energie wird teilweise als Licht (Lumineszenz) emittiert. Die Intensität dieses Lumineszenzsignals ist ein Maß für die seit der letzten Stimulation absorbierte Energiemenge und damit indirekt auch für die Zeit, die seitdem, z.B. seit der letzten Sedimentumlagerung, vergangen ist.

Radioaktive Elemente kommen überall in der Erdkruste in Spuren vor, zu nennen sind v. a. Uran und Thorium inklusive ihrer jeweiligen Tochternuklide sowie das radioaktive Kaliumisotop K-40. Zusätzlichen Energieinput liefert die kosmische Strahlung.

Funktionsprinzip_OSL
Funktionsschema der Lumineszenzdatierung.
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Im Laufe der Zeit baut sich durch ionisierende Strahlung ein latentes Lumineszenzsignal im Kristallgitter von Mineralen auf. Dieses wird durch Belichtung (z. B. während Sedimentumlagerung) oder Hitzeeinwirkung (z. B. beim Brennen von Keramik) gelöscht. Anschließend baut sich bis zur Beprobung und Datierung erneut ein latentes Lumineszenzsignal auf. Führt man nun eine OSL-Datierung durch, wird die Lumineszenz im Labor optisch stimuliert und die resultierende Messkurve aufgezeichnet. Das grau hinterlegte Beispiel zeigt eine typische Quarz-OSL-Kurve. Bereits nach wenigen Sekunden ist das OSL-Signal gelöscht.small>

Nach der Probennahme im Gelände und der Probenaufbereitung im Labor werden die zu datierenden Minerale (meist Quarz der Fein- bis Mittelsandfraktion) im Lumineszenzmessgerät mit Licht (OSL) bzw. Hitze (TL) stimuliert. Das resultierende Lumineszenzsignal wird mit Filtern vom Stimulationslicht getrennt und anschließend elektronisch verstärkt und aufgezeichnet. Aufgrund des Funktionsprinzips wird klar, dass das zu datierende Material bei Beprobung, Transport und Aufbereitung vor Licht geschützt werden muss. Im Labor wird bei gedämpftem Rotlicht gearbeitet.