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Lexikon der Geowissenschaften: Lumineszenzdatierung

Lumineszenzdatierung, physikalische Altersbestimmung für quartäre Proben aufgrund eines mit dem Probenalter anwachsenden Strahlenschadens, der durch die emittierte Lumineszenz quantifiziert wird. Innerhalb der Lumineszenz-Datierungsmethoden unterscheidet man nach der verwandten Stimulationsenergie die Thermolumineszenz-Datierung und die Optisch Stimulierte Lumineszenz-Datierung. Alle Verfahren beruhen darauf, daß durch die Einwirkung ionisierender Strahlung, die in der Natur im wesentlichen von den instabilen Isotopen von U, Th und K ausgeht, Ladungsdefekte im Kristallgitter akkumuliert werden. Dabei werden Elektronen angeregt und in einem energetisch höheren Niveau als sog. Lumineszenzzentren fixiert, indem sie mit primären (Fremdatome, Gitterschäden) oder sekundären Defekten (durch α-Strahlung entstanden) rekombinieren. Die Anzahl der Ladungsdefekte wächst in Abhängigkeit von der Dosisleistung und der Stabilität der Lumineszenzzentren zeitabhängig an. Bei Erreichen des Gleichgewichts von Neubildung und Zerfall der Zentren wird eine Sättigung erreicht, bei der das Lumineszenzsignal nicht weiter mit dem Alter anwächst und welche die theoretische Datierobergrenze definiert.

Die Rückstellung des Signals erfolgt durch Belichtung, Erhitzung oder Mineralbildung, so daß Sedimentations-, Abkühlungs- bzw. Kristallisationsalter bestimmt werden können. In der Datierpraxis ist besonders der Grad der Signalrückstellung, der auch vom Ablagerungsmilieu und von der Sedimentationsgeschwindigkeit abhängt, zu bestimmen, wofür sich die kombinierte Anwendung von Thermolumineszenz-Datierung und Optisch Stimulierter Luminenszenz-Datierung bewährt hat. Generell werden die durch die Optisch Stimulierte Luminenszenz-Datierung angeregten Zentren schneller als die thermisch angeregten zurückgestellt. Daher ist die Thermolumineszenz-Datierung gegenwärtig eine Standarddatierung für gut gebleichte äolische Sedimente oder Keramik, während sich die Optisch Stimulierte Lumineszenz-Datierung auch für fluviatiles oder kolluviales Material eignet.

Für die Altersbestimmung wird die interne und externe Dosisleistung Do spektrometrisch, dosimetrisch, mit Neutronenaktivierungsanalyse oder Atomabsorptionsspektrometrie ermittelt (analythische Methoden). Die akkumulierte Dosis AD als Maß für die Menge der Strahlenschäden innerhalb der Probe wird durch künstliche Signalrückstellung unter Aufzeichnung der freigesetzten Lumineszenzstrahlung bestimmt. Hierzu wird der natürliche Vorgang zu simulieren versucht, indem durch künstliche Bestrahlung von Unterproben eine Aufbaukurve erstellt wird. Aus ihrem Schnittpunkt mit dem Integral des natürlichen Probensignals NTL wird die Äquivalenzenergiedosis ED abgeleitet. Aus der ED und der Stärke der benutzten Bestrahlungsquelle errechnet sich die akkumulierte Dosis AD. Aus dieser und der Dosisleistung Do läßt sich das Alter bestimmen, bei dessen Berechnung und Interpretation der natürliche Wassergehalt, mögliche radioaktive Ungleichgewichte und weitere oben genannte Faktoren zu berücksichtigen sind.

Die Datierobergrenze der Lumineszenzmethoden liegt allgemein bei etwa 100.000-120.000 Jahren, kann jedoch in Abhängigkeit von Dosisleistung, Probenmaterial und Sedimenttyp höher oder geringer sein. Die Reproduzierbarkeit der Altersdaten wird durch die Single-Aliquot-Technik, bei der eine statt mehrerer Unterproben zur Erstellung einer Aufbaukurve verwandt wird, sowie durch die Single-Grain-Technik zu verbessern versucht. Hier wird nur ein Mineralkorn der Probe den geschilderten Verfahren unterworfen, um den statistischen Fehler zu minimieren. [RBH]

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