Optik olarak uyarılmış lüminesans (OSL) jeokronolojisi, tortu erozyonu, biriktirme ve gömme işleminden sonra son ışığa veya ısıya maruz kalma süresini verir; ve ışığa veya ısıya daha fazla maruz kalmak. Böylece, doğal tortul süreçler veya ısıtma olayları (>300 ° C), daha önce miras alınan lüminesans sinyalini sürekli olarak düşük bir seviyeye indirir. Son yirmi yılda, tek aliquot ve kuvars gibi spesifik mineral tanelerinin tane analizi gibi lüminesans tarihlemesinde önemli ilerlemeler olmuştur. Mavi veya yeşil diyotlarla yapılan bu deneye dayalı tarihlendirme protokolleri, laboratuvarda indüklenen hassasiyet değişikliklerini etkili bir şekilde telafi edebilir ve OSL yaşlarını geçmiş yaklaşık 500 ka 1,2,3 yapar.
Kuvars ve potasyum feldispat gibi silikat mineralleri değişen kristal kafes yükü kusurlarına sahiptir; bazıları mineral kristalleşme sırasında ve diğerleri daha sonra iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma nedeniyle oluşmuş ve jeokronometrik potansiyele neden olmuştur. Bu kusurlar, ~ 1.3-3 eV'lik tuzak derinliği enerjilerine sahip elektron depolamanın olası konumlarıdır. Kuvars tanelerinin kafes yükü kusurlarında bulunan elektronların bir alt popülasyonu, mavi ışıkla uyarılmasıyla zaman tanısal lüminesans emisyonları için bir kaynaktır. Böylece, bu lüminesans emisyonu zamanla, gömme döneminde iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma ile güneş veya ısı sıfırlama seviyesinin üzerinde artar. Bu sinyal, tortu erozyonu, taşınması ve birikmesi ile daha sonra güneş ışığına maruz kalma ile düşük, tanımlanabilir bir seviyeye ("sıfırlanmış") düşürülür. Bu lüminesans "döngüsü", Dünya ve diğer gezegenlerdeki çoğu biriktirme ortamında meydana gelir. Böylece, tortul kuvars tanelerinin OSL tarihlendirmesi, biriktirme ve gömme ile son ışığa maruz kalmadan bu yana geçen süreyi yansıtan bir biriktirme yaşı sağlar (Şekil 1).
Lüminesans tarihlemesi, jeomorfik, tektonik, paleontolojik, paleoklimatik ve arkeolojik araştırmalar için sayısız bağlamla ilişkili eolian, fluvial, laküstrin, deniz ve kolüvyal tortulardan kuvars gibi seçilmiş mineral taneleri için yaş tahminleri veren dozimetrik tabanlı bir tekniktir 2,4,5,6,7. OSL tarihlendirmesi, diğer gezegenlerdeki, özellikle Mars 8,9'daki yüzey süreçlerini sınırlamak için de değerlendirilmektedir. Genellikle, Dünya'daki OSL tarihlemesinde en çok kullanılan mineral, doğal bolluğunu, jeokronometre olarak doğal bir hassasiyeti, sinyal kararlılığını ve güneş ışığına maruz kalma (saniyeler ila dakikalar) ile hızlı sıfırlamayı yansıtan kuvarstır4,10,11,12. Bununla birlikte, kuvars ekstraktı saf değilse, özellikle potasyum ve diğer feldispatlar tarafından kirlenmişse, kuvarstan on ila yüz kat daha parlak lüminesans emisyonlarına sahip olabilen ve yaş13'ü hafife alabilen OSL tarihlemesinin doğruluğu tehlikeye girer. Bu nedenle, tortudan kuvars tanelerinin ekstraktları için mutlak (>% 99) saflık, doğru OSL tarihlemesi için çok önemlidir. Bu nedenle, bu katkının odak noktası, yüksek oranda saflaştırılmış kuvars tanesinin çeşitli polimineral tortulardan ayrılması için ayrıntılı prosedürler sağlamaktır. Bu, mineraloji, kristal kimyası bilgisinin entegrasyonunu gerektirir; optik ve Raman görüntüleme, laboratuvar protokollerini etkili bir şekilde uygulamak, alınan tortu çekirdeklerinden dikkatlice örneklenmiş tabakalardan kuvars taneleri üzerinde OSL yaşlarını oluşturmak için. Tortu çekirdekleri, 20-25 m derinliğe kadar bozulmamış tortu elde eden bir itme ve perküsyon karotlama yöntemi ile toplandı.
OSL zamana duyarlı sinyal, dakikalar ila saatlerce güneş ışığına maruz kaldığında nispeten hızlı bir şekilde sıfırlanır. Jeolojik OSL sinyali bu güneş sıfırlama seviyesinden birikir. Kuvarsın OSL emisyonları, orijinal kristalin yapıyı, kafes safsızlıklarını, lüminesans sıfırlama döngüleri14 ile hassaslaşmayı yansıtan oldukça değişken olmasına rağmen (Şekil 1). Bu nedenle, kuvarsın doz duyarlılığında doğal değişkenlik vardır ve spesifik mineralojik ve tortul köken için tarihleme protokollerinin tasarlanması gerekir. Neyse ki, kuvars1,2 için tek alikot rejeneratif (SAR) doz protokollerinin ortaya çıkması, OSL emisyonlarındaki değişkenliği telafi etmek için sistematik ve görünür OSL duyarlılığındaki laboratuvar değişikliklerini değerlendirmek için metrikler sağlamıştır. Tortu taneleri, daha fazla ışığa maruz kalmaktan gizlendiğinde uzun süreli radyasyon dozimetreleri olarak işlev görür ve lüminesans sinyali, gömme döneminde radyasyona maruz kalmanın bir ölçüsü olarak hizmet eder. İzole kuvars tanelerinin doğal lüminesans emisyonuna eşdeğer radyasyon dozu, OSL yaş denkleminin (Denklem 1) payını oluşturan eşdeğer doz (De: grilerde, Gy) olarak adlandırılır. Payda, 235 U, 238 U, 232Th bozunma serisindeki kızı izotopların radyoaktif bozunmasından kaynaklanan ve 85 Rbve kozmik ve galaktik kaynakların bozunmasından daha az katkı sağlayan α, βve γ radyasyona katkıda bulunarak tanımlanan Doz hızıdır (Dr: Griler / yıl).
OSL yaşı (yıl) =
(Denklem 1)
Burada, Dα = alfa dozu Dβ = beta dozu Dγ = gama dozu Dc = kozmik doz ve w = su zayıflama faktörü.
Laboratuvarda veya sahada sizin ve Th tayinleri için bir başka yöntem de gama spektrometrisidir, germanyum varyantı sizi ve Th izotopik dengesizliğini doz hızına uygun ayarlamalarla ölçebilir. Çevresel doz hızının beta ve gama bileşenlerinin kütle zayıflaması için modifiye edilmesi gerekir15. Bununla birlikte, >50 μm'lik tahıllar için etkili bir şekilde önemsiz bir alfa dozu vardır, dış 10-20 μm tanecikler, hazırlık sırasında seyreltilmemiş HF ile muamele edilerek çıkarılır. Doz hızı değerlendirmesinde kritik bir bileşen, gömme periyodu boyunca kozmik ve galaktik dozun miktarıdır; bu, boylam, enlem, yükseklik, gömme derinliği ve üstteki tortunun yoğunluğu16,17 için ayarlamalarla Dünya'daki belirli noktalar için hesaplanır.
% >15 kuvars içeren tortular, yüksek saflıkta bir kuvars fraksiyonunu ayırmak için genellikle nispeten basittir. Bununla birlikte,% <15 kuvars içeren tortular, OSL tarihlemesi için gerekli mineralojik saflığı sağlamak için genellikle ek zaman gerektirir. Bu analiz için yaklaşık 500-1000 kuvars tanesine ihtiyaç vardır, ancak çoğu zaman binlerce tane yinelenen analizler, kalibrasyon kütüphanesini genişletmek için arşivleme ve gelecekteki gelişmeler için ayrılır. Sediment örneklerinin mineralojik bileşimi başlangıçta, tanecik tane, dürbün mikroskobik (10-20x) ve ilişkili hayal analizi yoluyla petrografik analiz ile değerlendirilir. Tek tek taneciklerin mineralojisi, bir uyarma lazeri (455 nm, 532 nm, 633 nm veya 785 nm) kullanarak tahıl spektrumlarını ölçmek ve tahıl emisyonlarını RRUFF Sistem Veritabanı 18'den bilinen mineral spektrumlarıyla istatistiksel olarak karşılaştırmak için Raman spektroskopisi ile daha da test edilir.
Görsel ve spektral inceleme tatmin edici olduğunda, otomatik bir lüminesans okuyucu sistemi kullanılarak OSL sinyalinin saflığı daha da kontrol edilir. Numunenin üç ila beş alikotu, tercihen feldspat minerallerini uyaran kızılötesi uyarılmaya (IR = 845 nm ± 4 nm'de 1.08 watt) maruz bırakılır ve bu emisyon, tercihen kuvarsı uyaran mavi ışık uyarımı (Bl = 470 nm ± 20 nm) ile emisyonlarla karşılaştırılır. IR / Bl oranı% 5 ≥, test feldispat kontaminasyonunu gösterir ve asit çürümeleri tekrarlanır. IR / Bl oranı% <5 ise, numuneler tarihleme için tatmin edici bir şekilde kuvars fraksiyonu olarak kabul edilir.
Kuvars taneleri üzerindeki tek aliquot rejenerasyon (SAR) protokolleri, OSL tarihleme çökeltilerinde belirli bir örneklem, bir çalışma alanı veya bir alan için uyarlanmış prosedürlerle sıklıkla kullanılan bir yaklaşımdır. Bu protokollerin tekrarlanabilirliği, kuvars tanelerine bilinen bir beta dozu (örneğin, 30 Gy) verilerek ve hangi ısıl işlemin bu bilinen dozu geri kazandığını değerlendirerek belirlenir (Şekil 2). Uygulamada, SAR protokolleri ile bir De belirlenmesi, doğal lüminesans ile bilinen bir test dozundan (Ln / Tn oranı) lüminesans arasındaki bir oranın hesaplanmasını içerir; bu, aynı test dozundan (L x/ T x) lüminesansa bölünen rejeneratif dozlar için lüminesans emisyonları ile karşılaştırılır (Şekil 2) ). Sürekli olarak uygulanan bir test dozu (örneğin, 5 Gy) olan bir düzeltme, SAR döngüleri boyunca ölçüm ile kuvars taneleri hassasiyet değişikliklerini telafi etmek için tasarlanmıştır. Genellikle OSL emisyonları, aynı doz (örneğin, 5 Gy)7 verilmesine rağmen, her ardışık SAR döngüsünde% >5 oranında artar.
En az kırk kuvars veya 500 tane alikot TL/OSL okuyucu sistemi ile mavi ışık uyarımı ile analiz edilir. Üretilen lüminesans verileri, Risø TL / OSL-DA-20 okuyucu sistemi ile ilişkili yazılım tarafından analiz edilir. De ve Dr değerleri ve yaş tahminleri, Lüminesans Doz ve Yaş Hesaplayıcısı (LDAC)17 kullanılarak hesaplanır. Bu platform, eşdeğer doz (De) değerlerini belirlemek ve karşılık gelen OSL yaşını kısıtlı hatalarla oluşturmak için istatistiksel modeller uygular.
Bir çekirdekten ekstrakte edilen ışık korumalı numune iki nedenden dolayı hazırlanır: 1) >% 99 saflıkta kuvars tanelerinin mineralojik bir fraksiyonunu elde etmek ve 2) OSLtarihlendirmesi içinçevresel D r'nin değerlendirilmesi için belirli boyut fraksiyonundaki taneleri, örneğin 150-250 μm'yi izole etmek. Birçok tortul ortamda, kuvars taneleri yaygındır; ancak diğer silikat ve silikat olmayan mineraller, kaya parçaları ve organik madde ile karıştırılır. Daha önce, prosedürler kısaca özetlenmiş, 13,19,20,21,22,23 numaralı OSL bağlamında saf kuvars tanelerini izole etmek için gereken bazı özel adımları ve reaktifleri belirtmiştir. Bu katkı, bu önceki yaklaşımlardan büyük ölçüde yararlanmıştır. Bu makalede, tahıl mineralojisini izlemek ve lüminesans tarihlemesi için son derece saf (>% 99) kuvars ekstraktları oluşturmak için petrografik görüntüleme ve Raman teknolojisini kullanan gözden geçirilmiş ve daha ayrıntılı protokoller özetlenmektedir. Bu kuvars izolasyon protokolleri, Amerika, Avrasya, Çin ve Afrika'daki çeşitli jeolojik ortamlardan, Baylor Geolüminesans Tarihlendirme Araştırma Laboratuvarı'ndan, otuz yılı aşkın analitik deneyimi yansıtan yüzlerce örnek hazırlandıktan sonra geliştirilmiştir ve diğer laboratuvarlar tarafından kullanılan uygun varyasyonlarla kesin yöntemler değildir. Bunlar statik protokoller değildir ve iyileştirme için değişiklikler ve eklemeler memnuniyetle karşılanır.