Χρονολογικές Τεχνικές Φωταύγειας:

το Παρόν και το Μέλλον της Έρευνας

Δρ. Ν. Ζαχαριάς

Χημ. Μηχανικός Ε.Μ.Π.

Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών, Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. Δημόκριτος

zacharias@ims.demokritos.gr

Summer School 2005

Eνεργειακό Διάγραμμα

μονωτές ή ημιαγωγοί

προσδεθείτε ... και μην κοιμάστε

Χρονολογικές Τεχνικές Φωταύγειας: Θερμοφωταύγεια (ΘΦ), Oπτικά Διεγερμένη Φωταύγεια (OΔΦ)

ΘΦ, 40 χρόνια έρευνας και εφαρμογών

1964

1974κεραμικά

θερμασμένα υλικά (ηφαιστειακά, πυριτόλιθοι)

1985ιζήματα (αιολικά, σπηλαιοθέματα,

κελύφη, σκωρίες, ...

ΟΔΦ, 20 χρόνια παρουσίας, πολλές προσδοκίες

συνδυασμένες ΘΦ/ΟΔΦ χρονολογήσεις (τελευταία 10 χρόνια)και ΕSR / ραδιοάνθρακα / σειρές ουρανίου

και περισσότερα των 100 άρθρα /έτος σε περιοδικά με κρίση

1985

Ηλικίες από 50 – 1,2 εκατομύρια χρόνια

ιζήματα (όλα), ηφαιστειακό υλικό, κονιάματα, κεραμικά …

σήματα ΘΦ

σήματα ΟΔΦ

ΧΡΟΝΟΛΟΓΗΣΕΙΣΧΡΟΝΟΛΟΓΗΣΕΙΣ

Dating AGE=De/DR Protocols

-πολυ-οροκτολογικό κλάσμα (‘foil technique’)-‘μεγάλοι’ κόκκοι (χαλαζία, αστρίων) προσθετική μέθοδος

-τεχνική ενός δείγματος (SAR)

Dosimetry DR = Dα+Dβ+Dγ+Dcos

α-counting

(‘τεχνική ζευγών’ ‘PIPS/TSAC’)

δοσιμετρία φωσφόρων / φορητά

σπινθηρόμετρα (NaI)

πρωτόκολλα ΘΦπρωτόκολλα ΘΦ

)](1)[1( DPkIDPrD

foil technique foil technique

SAR SAR

((πολυορυκτολογικόπολυορυκτολογικό))

((για αυθεντικότητεςγια αυθεντικότητες))

0 100 200 300 4000

200

400

600

800

1000Repeat Measurements

Natural TL

TL in

tens

ity (a

.u.)

Temperature (OC)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 260

50100150200250300350400450500550600650700750800

Data: Data1_BModel: SINGLChi^2 = 44.52944A 425.33606 ±3.82919B 369.12128 ±8.22168C 0.11478 ±0.00706

TL(a

.u.)

Measuremen cycle number

ανάπτυξη μεθοδολογίας για έλεγχο αυθεντικότητας μαρμάρινων αντικειμένων

0 10 20 30 400

10

20

30

40

50

60

8 years

15 days70 days

2 days

Norm

alis

ed T

L in

tens

ity

Depth (mm)

0 60 120 180 240 300 360 420 480Exposure tim e (m in)

0

1

2

3

4

5

Norm

alis

ed p

eak

inte

nsity

peak at 290oC

βασίζεται στον καθορισμό του ρυθμού ελλάτωσης της έντασης ΘΦ ανάλογα μα το βάθος/πάχος δείγματος

σε συνδυασμό με την κοκκομετρία του υλικού δίνει απαντήσεις σε ερωτήματα

αυθεντικότητας μαρμάρινων αντικειμένων και μνημείων

Διάγραμμα και συσκευή ΘΦ / ΟΔΦ

Ιζήματα

Θίνες(well bleached

formations)

Λούτσα, ΑττικήΘΦ και ΟΔΦ

μετρήσεις ρυθμού δόσης

Age = ED (σήμα φωταύγειας, Gy) /Ρυθμός δόσης (mGy/a = άθροισμα εωτερικής και εξωτερικής)

2. Αφαιρετικό μοντέλο (e.g. Vogel J.C., Wintle, A.G., J. of Arch. Sci. 26, 729-733, 1999)

σημαντικά: υγρασία? και U, Th κινητικότητα

1. Ανίχνευση ανισορροπίας / διόρθωσηMichael, C.T. Zacharias, N., Nuclear Instruments and Methods, 439, 167-177, 2000

λύση

PIPS α-counting (υπολογισμοί για περιεκτικότητα σε U και Th)

Πλεονεκτήματα•Ακρίβεια, γρηγορότεροι υπολογισμοί•Υπολογισμοί συγκεντώσεων συγκεκριμένων νουκλιδίων•Allows the detection of secular desequilibrium in the samples. •A software program has been developed and will be made available.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

n1(c

ount

s/K

s)

Energy(MeV)

0 100 200 300 400 500

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

15/07/2003 11:42:59

NTL 1 2 3 4 5 6 7 8

laboatory dose given:0.34mGy

Phosphor Al2O3 No20, scale 1M heating rate 3C/s

NTLT

L(a.

u.)

Temperature(C)

χρήση φωσφόρων για την περιβαλλοντική δόσηχρήση φωσφόρων για την περιβαλλοντική δόση

Αl2O3:C

Νέες ΕφαρμογέςShells

Combined TL/ESR dating results

indicating sampling site, species and altitude.

Code No: Site: Altitude: Specie: Technique: Age:

HR1 F20 4 m Glycymeris

glycymeris

EPR

78±13 Ka

HR3 F500 5-6 m Spondylus

gaederopus

EPR

58±9 Ka

HR4 F110 25-30 m Callista chione

EPR

69±11 Ka

TH2a F21 8-10 m Ostrea edulis TL 96±15 Ka

TH8 F110 25-30 m Ostrea edulis TL 91±18 Ka

TH6a F105 100 m Cladocora

caespitosa

TL

157±37Ka

απολιθωμένα ασβεστιτικά κελύφη από την περιοχή Περαχώρας, Λουτρακίουαπολιθωμένα ασβεστιτικά κελύφη από την περιοχή Περαχώρας, Λουτρακίου

Κονιάματα

ΟΔΦ (blue light stimulation / UV detection) Σε δείγματα χαλαζία

Και ΘΦ (foil technique) σε κεραμικό θραύσμα συνδεδεμένο με το κονίαμα

Βυζανινό οικοδόμημα12ος αι. μ.Χ.

MB group Na (%) K (%) Rb (ppm) Th (ppm) U (ppm)

Tiry 28 0.39 (0.004) 3.24 (0.04) 158. (3.16) 10.7 (0.08) 2.17 (0.07)

Tiry 29 0.59 (0.005) 2.90 (0.04) 141. (2.97) 10.6 (0.07) 2.25 (0.07)

Tiry 30 0.31 (0.004) 3.47 (0.04) 146. (3.03) 10.5 (0.07) 2.18 (0.07)

Tiry 39 0.52 (0.005) 3.03 (0.05) 159. (3.20) 10.8 (0.08) 2.30 (0.08)

Kirr 86 0.87 (0.004) 2.57 (0.02) 140. (2.05) 10.3 (0.05) 5.37 (0.02)

Kirr 87 0.81 (0.003) 2.72 (0.02) 155. (2.15) 11.0 (0.06) 2.68 (0.10)

Kirr 88 0.70 (0.003) 2.88 (0.02) 163. (2.20) 11.6 (0.06) 2.70(0.10)

Kirr 89 0.57 (0.003) 2.92 (0.02) 173. (2.31) 11.9 (0.06) 2.90 (0.10)

Kirr 90 0.85 (0.004) 2.89 (0.02) 152. (2.14) 11.2 (0.06) 3.47 (0.11)

mean (M) 0.62 3.0 154. 11. 2.9 (2.59)

std. deviation 0.20 0.27 11. 0.53 1.0 (0.45)

in % 32. 9. 6.9 4.9 35 (16.8)

MBKR group Na (%) K (%) Rb (ppm) Th (ppm) U (ppm)

Berb 27 0.94 (0.014) 1.20 (0.04) 96.2 (2.59) 10.1 (0.08) 2.13 (0.03)

Berb 49 1.19 (0.003) 1.61 (0.01) 144. (2.58) 12.1 (0.07) 2.44 (0.02)

Berb 51 1.16 (0.003) 1.20 (0.01) 118. (2.32) 10.7 (0.07) 2.12 (0.02)

Kats 73 1.30 (0.006) 1.22 (0.02) 73.7 (1.75) 11.7 (0.06) 2.51 (0.05)

Kirr 83 1.30 (0.003) 1.43 (0.02) 86.9 (2.35) 11.0 (0.06) 2.53 (0.05)

Kirr 84 1.15 (0.004) 1.52 (0.02) 89.1 (2.30) 11.4 (0.06) 2.58 (0.05)

Kirr 85 1.35 (0.003) 1.54 (0.02) 92.7 (2.81) 10.9 (0.07) 3.46 (0.04)

Qant 15 1.47 (0.008) 0.87 (0.03) 49.3 (1.63) 11.0 (0.06) 2.26 (0.06)

Qant 23 1.42 (0.010) 1.14 (0.03) 54.3 (1.70) 11.2 (0.06) 2.40 (0.06)

Qant 28 1.54 (0.010) 1.26 (0.04) 71.9 (1.84) 11.5 (0.06) 2.40 (0.06)

Qant 50 1.49 (0.010) 1.09 (0.04) 42.1 (1.70) 10.9 (0.06) 2.50 (0.07)

mean (M) 1.3 1.3 84. 11.1 2.46

std. deviation 0.17 0.22 29. 0.51 0.35

in % 13. 17. 34. 2.6 16

χημική ανάλυσηχημική ανάλυση

του Κομμού, του Κομμού,

Κρήτης Κρήτης

επιστροφή στα κεραμικά ...επιστροφή στα κεραμικά ...

πιθανοί τρόποι διαφυγής καλίουπιθανοί τρόποι διαφυγής καλίου

Συμμετοχή Καλίου – Χρονολογικές Συμμετοχή Καλίου – Χρονολογικές

ΑποκλίσειςΑποκλίσεις

Technique

K-dose rate (Gy ka-1) (2%K – 0.98%K)

Denv (Gy ka-1)

DR (Gy ka-1) (2%K – 0.98%K)

K contribution (%) (2%K – 0.98%K)

KOMMOS pottery Fine Grain 1.35 - 0.66

0.5 1.0

3.76 – 3.07 (18%) 4.26 - 3.57 (16%)

36 - 22 32 - 19

Coarse Grain 1.22 - 0.59

0.5 1.0

2.18 – 1.55 (29%) 2.68 - 2.05 (24%)

56 - 38 46 - 29

KOMMOS Early model Exponential Linear Late model

K average 0.98% 1.43% 1.49% 2.%

F.G. 0.66 Gy ka-1 0.97 Gy ka-1 1.01 Gy ka-1 1.35 Gy ka-1 K-dose rate

C.G. 0.59 Gy ka-1 0.87 Gy ka-1 0.91 Gy ka-1 1.22 Gy ka-1

F.G. 3.27 Gy ka-1 3.58 Gy ka-1 3.62 Gy ka-1 3.96 Gy ka-1 DR

C.G. 1.75 Gy ka-1 2.03 Gy ka-1 2.07 Gy ka-1 2.38 Gy ka-1

F.G. – 9% 11% 21% Deviation

C.G. – 16% 18% 36%

Υπολογισμός της περιβαλλοντικής δόσης (Denv) από το δείγμα ΚΟΜ26

Υπολογισμός μέσης δόσης από το κάλιο και συνολικού ρυθμού δόσης (DR)

για τα δείγματα ΚΟΜ27, ΚΟΜ37

Sample AGE (ka) De (Gy) W Dα (Gy ka-1) Dβ(U,Th) (Gy ka-1) Denv (Gy ka-1) DR (Gy ka-1) Dβ(K) (Gy ka-1) %K average

DR´ (Gy ka-1)

KOM27 3.600.05 10.841.15 0.20 0.930.12 0.590.03 0.540.06 3.010.39 0.950.12 1.370.18 2.750.33

KOM37 3.600.05 11.121.05 0.25 1.060.14 0.610.37 0.540.06 3.090.34 0.870.09 1.290.15 2.760.30

…… υυππεερρεεκκττίίμμηησσηη ηηλλιικκίίααςς 99%% ((ΚΚΟΟΜΜ2277)) κκααιι 1111%% ((ΚΚΟΟΜΜ3377))

Sample AGE (ka) De (Gy) W Dα

(Gy ka-1) Dβ(U,Th,K)

(Gy ka-1) DR

(Gy ka-1) Denv

(Gy ka-1)

KOM26 3.600.05 13.200.88 0.17 0.970.12 2.150.15 3.670.25 0.540.06

Χημική Ανάλυση (ΝΑΑ)

MCF samples 19 slices M (%)

As 4.97 (21.) Ba 357. (15.) Ca% 14.2 (10.) Ce 66.5 (1.9) Co 9.65 (4.7) Cr 70.3 (9.0) Cs 10.6 (4.8) Eu 1.11 (4.3) Fe% 3.08 (2.7) Ga 21.6 (7.1) Hf 4.98 (3.8) K % 1.56 (46.) La 35.4 (1.6) Lu 0.38 (4.8) Na% 0.93 (43.) Nd 27.8 (12.) Ni 73.8 (53.) Rb 101. (43.) Sb 0.77 (5.9) Sc 13.4 (1.9) Sm 5.07 (12.) Ta 1.11 (4.2) Tb 0.76 (5.6) Th 12.4 (2.0) Ti% 0.47 (26.) U 2.56 (7.9) W 2.89 (7.7) Yb 2.74 (3.8) Zn 94.4 (8.2) Zr 99.1 (25.)

Sa Mesquida

(Mallorca,

Spain),

Ρωμαική θέση

(κλίβανος)

1ος αι. μ. Χ.

Δείγματα MCF

κεραμικής

κεραμική ρωμαικών

χρόνωνΒαρκελώνη,

Ισπανία

συσχέτιση συγκεντρώσεων καλίου – νατρίου συσχέτιση συγκεντρώσεων καλίου – νατρίου και εμφάνισης ζεολίθουκαι εμφάνισης ζεολίθου

ΗλικίαΗλικία = = DDee //DRDR

ΗλικίαΗλικία DR= DR DR= DRiniinitt11+ DR+ DRfinfintt22

ΗλικίαΗλικία KKaveave= = tt11KKiniini + + tt22KKfinfin

tt11 = = Ηλικία (ΚΗλικία (Κaveave – K – Kfinfin)/(K)/(Kiniini-K-Kfinfin))

υπολογισμός περιόδου μη-αλλοίωσης χημικής σύστασηςυπολογισμός περιόδου μη-αλλοίωσης χημικής σύστασης

samples

ARCH_AGE [ka]

De [Gy]

.D

[Gy ka-1]

W

a-value

.Dalpha

[Gy ka-1]

.Dbeta

[Gy ka-1]

.Denv

[Gy ka-1]

.Denv-ave [Gy ka-1]

MCF29 1.95±0.05 9.22±0.80 4.73±0.43 0.17 0.14±0.03 1.71±0.35 2.28±0.16 0.74±0.57 0.73±0.40

MCF35 1.95±0.05 9.03±0.90 4.63±0.47 0.15 0.14±0.02 1.59±0.28 2.33±0.13 0.71±0.56

.Denv-ave [Gy ka-1]

TL_AGE [ka, ±1σ]

TL_AGEave [ka, ±1σ]

MCF34 MCF38

0.73±0.40 0.73±0.40

7.91±0.90 8.55±1.05

3.41±0.50 3.65±0.51

0.16 0.17

0.11±0.02 0.13±0.02

1.44±0.28 1.51±0.30

1.24±0.08 1.41±0.08

2.32±0.47 2.34±0.48 2.31±0.26

MCF59 0.73±0.40 8.43±0.95 3.69±0.49 0.17 0.13±0.02 1.54±0.26 1.42±0.08 2.28±0.43

samples

ARCH_AGE

[ka]

De [Gy]

W

.Dalpha

[Gy ka-1]

.Dbeta(U,Th) [Gy ka-1]

.Denv-ave [Gy ka-1]

.D

[Gy ka-1]

.Dbeta(K) [Gy ka-1]

Kave (wt %)

unaffected burial period [ka]

MCF34 1.95±0.05 7.91±0.90 0.16 1.44±0.28 0.70±0.05 0.73±0.40 4.06 1.19 1.67 1.12

MCF38 1.95±0.05 8.55±1.05 0.17 1.51±0.30 0.63±0.02 0.73±0.40 4.38 1.51 2.14 1.62

MCF59 1.95±0.05 8.43±0.95 0.17 1.54±0.26 0.64±0.02 0.73±0.40 4.32 1.41 1.99 1.39

πορεία χρονολόγησης πορεία χρονολόγησης – – υπολογισμός περιόδου ‘μη αλλοίωσης’υπολογισμός περιόδου ‘μη αλλοίωσης’

χρονολόγηση με ΘΦ χρονολόγηση με ΘΦ αρχαιομεταλλουργικών φούρνωναρχαιομεταλλουργικών φούρνων

100 200 300 4000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

b.b.

L1

L2

L3

L4

aver

age

NTL

inte

nstit

y (r.

u.)

Temperature (oC)

μεγάλα δείγματα μεγάλα δείγματα (4(4-5 -5 cm)cm)

- - αλλαγές αλλαγές ευαισθησίαςευαισθησίας

- - ενδείξεις για ενδείξεις για διαφυγή καλίουδιαφυγή καλίου

προτεινόμενη προσέγγισηπροτεινόμενη προσέγγιση: : επιλογή κατάλληλων στοιβάδωνεπιλογή κατάλληλων στοιβάδων

ξεχωριστές .. (imaginative Applications

tsunami?

Beach-Rocks (ψηφιδοπαγείς αιγιαλοί

Aνάβυσος Αττική

tsunami sedimentation on the SE coast of Australia (1-3 ka)..Bryant, E.A., Young, R.W., Price, D.M., Quat. Sci. Reviews, 13, 209-223, 1992

tsunami in Tunisia, the ages suggest an episode from oxygen isotope 5eWood, P.B., Quat. Geochronology, 13, 513-516, 1994

a TL age of 260±50 years, indicating the Lisbon earthquake of 1755 Dawson, A.G., Hindson, R., Andrale, C., Freitas, C., The Holocene 5, 209-215, 1995

Xρήση τεχνικών Φωταύγειας σε ερωτήματα προέλευσης αρχαιολογικού και γεωλογικού υλικού

π.χ. πυριτόλιθοι, οψιανοί, ψηφίδες, κ.α.

Διαχωρισμός γεωλογικών θέσεων κοιτασμάτων στεατίτη (Κρήτη, U.K.)

με μιά ματιά

telling the word …

Τεχνικές του ενός κόκκου – δείγματος

Spatial Resolution Technique: η επανάσταση στις χρονολογήσες φωταύγειας

διεπιστημονικές προσεγγίσεις σε κάθε περίπτωση

from dawn till night

Καλό Καλοκαίρι .....