Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Beruhen auf Akkumulation von Strahlenschäden im Kristallgitter durch ionisierende Strahlung oder durch Partikel (Kernfragmente, -Teilchen)

Eine einfache Einführung…

Lumineszenz  dosimetrische Datierungsmethode γ α β t

erneuter Signalaufbau OSL - Wachstumskurve OSL-Signal Zeit Natur OSL-Signal Dosis Labor Erosion + Bleichung Probennahme Wie können wir nun aus einem Lumineszenzsignal ein Lumineszenzalter berechnen.  Folie erläutern Sedimentation + erneuter Signalaufbau DE

OSL – Altersberechnung Sedimentation Beprobung Zeit OSL-Signal Erosion + Bleichung DE (Dosis) [Gy] A [a] = D (Dosisrate) [Gy/a]

Bedingungen Signalstabilität (kein Signalverlust während des Lagerungszeitraums) Wachstumskurve (funktionaler Zusammenhang von Signalintensität und Zeit) Nullstellung (das Datierungsereignis muss das Signal auf Null stellen) gleichbleibende Radioaktivität (Dosisleistung) Zusammengefasst müssen folgende Bedingungen an die Lumineszenz gestellt werden:

Lumineszenzverfahren Technische Umsetzung Stimulation erfolgt durch ungepaarte Elektronen unkompensierte Eigendrehung (Spin) magnetisches Moment Beschuss mit Mirkowellen Absorption Erhitzen (Wärme) Licht Thermo- lumineszenz Optisch stimulierte Lumineszenz Elektronenspin-Resonanzverfahren System wird „auf Null zurückgesetzt“, Zerstörende Messung System bleibt erhalten, zerstörungsfrei

Lumineszenz- und ESR-Verfahren Anwendungsbereich Quelle: http://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/wh/pams/11_05_01_Christiane_Rhodius.pdf [10.10.2007]

Lumineszenz – im Detail „Kaltes Leuchten“, einmalige Lichtemission zusätzlich zur Planck‘schen Strahlung (nicht zerstörungsfreie Messung!) Je nach Stimulation: TL, OSL, IRSL „Radiofluoreszenz“ (RF) zerstörungsfrei

LUM, Grundlagen… Alter [a] = Akkum. Dosis [Gy]/ Dosisleistung [Gy/a] A. Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… Wagner 1998

Lumineszenzverfahren Anwendungsbereich Zeitliche Reichweite: 100 a bis ca. 1 Mio. Jahre Probenmaterial: vulkanische Gläser Zeitpunkt des Erstarrens Keramik Ziegeln Steingegenstände Letztes Erhitzen fluviale Sedimente äolische Sedimente „Optisches Bleichen“ Lichtempfindlichkeit

Mineraltrennung Gravimetrische Trennung in Sandfraktion Mejdahl 1985 In Schluff- und Tonfraktion allenfalls chemische Anreicherung von Quarz, ansonsten poylmineralische Fraktion!

Feldspatspektrum Ggfs. spektrale Trennung von Emissionen

…LUM, Grundlagen… A. Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… Wer macht sowas? Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… Wagner 1995

Das Bändermodell Quelle: Zöller (1995)

…LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

Energiebändermodell Leitungsband Elektronenfallen Lumineszenz Energie Valenzband Leitungsband Lumineszenz Elektronenfallen Energie Ionisierende Strahlung Stimulation Rekombinationszentren

…LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… TL-Plateautest

…LUM, Grundlagen… A. Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen… A. Hilgers 2007

…LUM, Grundlagen…

…LUM, Grundlagen…

…LUM, Grundlagen… Für Feinkorn: Für Kalifeldspat-Grobkorn:

…LUM, Grundlagen… TL an Sedimenten…

…LUM, Grundlagen…

…LUM, Grundlagen…

…LUM, Grundlagen…

…LUM, Grundlagen…Erhitzte Gesteine

Partial heat – Longest plateau (Meerfelder Maar) …LUM, Grundlagen… Partial heat – Longest plateau (Meerfelder Maar) Zöller et al., submitted

…LUM, Grundlagen… „Fading“

…LUM, Grundlagen…

TL, Anwendung…

TL, Anwendung… Löss-Datierung Zöller 1995, Zöller & Semmel 2001

OSL, Anwendung  = s-1 exp (E/kBT) where E is the energy need-ed for an electron to escape from the trap corresponding with the trap depth, s is the escape attempt frequency, kB is the Boltzmann’s constant and T the storage temperature [K]. Hilgers 2007

OSL, Anwendung Quarz: hohe Stabilität, aber geringe Sättiguns-dosis Hilgers 2007

OSL, Anwendung: SAR Hilgers 2007 Changes in sensitivity with repeated luminescence measurements. The irradiation dose (here a test dose of ~1.5 Gy) was kept constant over the entire experiment. The sample (quartz extracted from ~ 300 years old dune sand, C-L0520_F2) was preheated at 260°C for 10 s prior to optical stimulation (100 s exposure to blue-light emitting diodes with the sample held constantly at 125°C). An increase of the signal intensity is observed, although the irradiation dose and all other measurement conditions were kept constant for each cycle. This increase is explained by a change in the luminescence recombination probability. Hilgers 2007

OSL, Anwendung: SAR Hilgers 2007

OSL, Anwendung Hilgers 2007

OSL, Anwendung „RPB“=rapidly bleaching peak; „SBP““=slowly bleaching peak Hilgers 2007

OSL, Anwendung Hilgers 2007 Hilgers 2007

OSL, Anwendung Hilgers 2007

Detektion unzureichender Bleichung < 500 Körner / Aliquot gut gebleicht unzureichend gebleicht v > 10 % Maximum Age

OSL, Anwendung Hilgers 2007

OSL, Anwendung Hilgers 2007

OSL, Anwendung: Glashütte Hilgers 2007

OSL, Anwendung: Rosenberg Hilgers 2007

OSL, Anwendung Hilgers 2007

OSL, Anwendung To conclude, the OSL record of dune sand deposition shows a sharp contrast between two time slices: • an older period from about 18 to 10.5 ka with dune sand deposition occurring regionally throughout the study area characterised by substantial sand accumulation (old phase of dune formation and dune reactivation) • a younger period since ~10.5 ka which is characterised by locally restricted and less pronounced aeolian events (young phase of dune reactivation) Hilgers 2007

Hilgers 2007

OSL-Studien zu unzureichend gebleichten Proben mittels Single Grain + Röntgenquelle Abb. J. Lomax

OSL, Anwendung: Linear Modulation Ch. Schmidt, unpubl.

ESR Grün 1989

ESR Wagner 1995

ESR Wagner 1995

ESR Grün 1989

ESR Grün 1989

ESR Grün 1989

ESR Grün 1989

ESR Grün 1989 Grün 1989

ESR Grün 1989

ESR sedimentäre Quarze Fig. 2. Natural and regenerated ESR spectrum of sample NWB8, measured in X-band at 110 K. The corresponding g values for Ti–Li and Ti–H centres are given. The centre field and sweep width was set to detect Ti-related signals only. The expected naturally accumulated dose is 11777Gy (OSL), and this dose was artificially applied with a gamma-source to simulate the natural signal (following thermal annealing at 500 1C). There are significant changes in the ESR spectrum between the naturally dosed and artificially dosed sample. The amplitude of line 1 (g = 1.979) in the regenerated spectrum is significantly smaller than that from line 3 (g = 1.915), relative to the ‘natural’ spectrum. Furthermore, the line-shape of line 2 (g = 1.931) is altered after regeneration, showing prominent hyperfine splitting due to the presence of hydrogen charge-compensators close to the trapped electron. ESR intensities are based on peak-to-baseline amplitude-height for line 1 (arrow-to-line), peak-to-peak for line 2 (arrow-to-arrow), and peak-tobaseline for line 3 (arrow-to-line). Messung bei 105-100 K! Beerten et al. 2008

ESR Inflexion points! Beerten et al. 2008

ESR Beerten et al. 2008

ESR Beerten et al. 2008

ESR sedimentäre Quarze Fazit: Hochauflösende ESR-Spektrometrie bei niedrigen T (<110 K) geeignet, hohe Sedimentationsalter von Quarzen zu datieren (ED>1000 Gy) 3 verschiedene g-Linien von Ti-Li- und Ti-H-Zentren Dosisüberschätzung bei g1 durch Sensitivitätsänderung? Problem mit „inflexion points“. Dosisunterschätzung bei g3 durch mangelnde Stabilität? Weiterer aktueller Forschungsbedarf, aber viel versprechend