Kontakt

Die Optisch Stimulierte Lumineszenz (OSL) ermöglicht die Datierung von Mineralkörnern

Manche Festkörper reagieren auf Wärme oder Licht mit einem kalten Leuchten, im Fachjargon Lumineszenz genannt. Seine Energie rührt von der natürlichen Radioaktivität her, die in Spuren in allen Gesteinen enthalten ist. Prinzipiell gilt: je länger ein Festkörper der Radioaktivität ausgesetzt ist, desto intensiver ist seine Lumineszenz. Deshalb läßt sich dieser Effekt zur Datierung nutzen.
Das Verfahren funktioniert aber nur bei elektrisch isolierenden Festkörpern. In ihrem Kristallgitter sind alle Elektronen fest an Atome gebunden (während es in einem Leiter frei bewegliche Ladungsträger gibt). Strahlung, wie sie beim radioaktiven Zerfall frei wird, kann nun so viel Energie übertragen, daß sie Elektronen aus ihren Bindungen löst. Wäre der Kristall absolut "rein", würden sie rasch wieder an ihre Bindungsplätze zurückfallen und die Anregungsenergie in Form von Licht oder Wärme abgeben. Doch zum Glück gibt es in natürlichen Festkörpern wie in Quarz und Feldspat genügend Störungen des Kristallgitters in Form von Fehlstellen und Fremdatomen, an denen die Ladungsträger über längere Zeiträume (mehrere 10.000 Jahre) gebunden, und so auch die Effekte der Strahlung fixiert werden können. Diese Störungen wirken auf Elektronen wie Mulden einer Oberfläche auf Kugeln: sie können dort hineinrollen, kommen aber nicht von selbst wieder heraus. Erst durch die Absorption zusätzlicher Energie in Form von Wärme oder Licht werden die Ladungsträger wieder beweglich, rekombinieren an anderer Stelle im Kristallgitter und geben dann überschüssige Energie als Leuchten (Lumineszenz) wieder ab.
Diese zusätzliche Energie wird in Form von Licht spezifischer Farbe eingestrahlt. Während Erosion und Transport von Mineralkörnern kann Tageslicht somit diesen Effekt auslösen und die "Lumineszenz-Uhr" gleichsam zurückstellen. Werden die Partikel dann abgelagert, von den nächsten Sedimenten überdeckt und damit abgedunkelt, sammeln sich aufgrund der natürlichen Radioaktivität wieder Elektronen an den Störungen an. Dieses potentielle Lumineszenzsignal läßt sich im Labor optisch stimulieren. Seine Intensität ist ein Maß der Strahlungsdosis, die seit der letzten Nullstellung im Festkörper deponiert wurde. Um daraus die Dauer des Lagerungszeitraums zu ermitteln, benötigt man zusätzliche Informationen über die natürliche Radioaktivität des Minerals.

aus: Spektrum der Wissenschaft November 2000, 86.

Weitere Information gibt es bei der Forschungsstelle Archäometrie der Heidelberger Akademie der Wissenschaften

zurück zum Becken von Phlious