Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR,...
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Strahlenschaden-MethodenStrahlenschaden-Methoden
Zusammenfassung mehrerer Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren)Alpharückstoßspuren)
Beruhen auf Akkumulation von Beruhen auf Akkumulation von Strahlenschäden im Kristallgitter durch Strahlenschäden im Kristallgitter durch ionisierende Strahlung oder durch ionisierende Strahlung oder durch Partikel (Kernfragmente, Partikel (Kernfragmente, -Teilchen) -Teilchen)
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Eine einfache Einführung…Eine einfache Einführung…
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LumineszenzLumineszenz dosimetrische Datierungsmethode
α βγ
t
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OSL - WachstumskurveOSL - Wachstumskurve
DE
Erosion+
Bleichung
Sedimentation+
erneuter Signalaufbau
OSL-Signal
Zeit
Natur
OSL-Signal
Dosis
Labor
Probennahme
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OSL – AltersberechnungOSL – Altersberechnung
A [a] = DE (Dosis) [Gy]
D (Dosisrate) [Gy/a]Sedimentation
Beprobung
Zeit
OSL-Signal
Erosion +Bleichung
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BedingungenBedingungen 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)
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LumineszenzverfahrenLumineszenzverfahrenTechnische UmsetzungTechnische Umsetzung
Optisch stimulierte Lumineszenz
Thermo-lumineszenz
Elektronenspin-Resonanzverfahren
Stimulation erfolgt durch
Erhitzen (Wärme) Licht
System wird „auf Null zurückgesetzt“,
Zerstörende Messung
System bleibt erhalten, zerstörungsfrei
• ungepaarte Elektronen• unkompensierte Eigendrehung (Spin)• magnetisches Moment• Beschuss mit Mirkowellen• Absorption
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Lumineszenz- und ESR-VerfahrenLumineszenz- und ESR-VerfahrenAnwendungsbereichAnwendungsbereich
Quelle:http://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/wh/pams/11_05_01_Christiane_Rhodius.pdf[10.10.2007]
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Lumineszenz – im DetailLumineszenz – im Detail „„Kaltes Leuchten“, einmalige Kaltes Leuchten“, einmalige
Lichtemission zusätzlich zur Lichtemission zusätzlich zur Planck‘schen Strahlung (nicht Planck‘schen Strahlung (nicht zerstörungsfreie Messung!)zerstörungsfreie Messung!)
Je nach Stimulation: TL, OSL, IRSLJe nach Stimulation: TL, OSL, IRSL „„Radiofluoreszenz“ (RF) Radiofluoreszenz“ (RF)
zerstörungsfreizerstörungsfrei
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LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen… Alter [a] = Akkum. Dosis [Gy]/ Dosisleistung Alter [a] = Akkum. Dosis [Gy]/ Dosisleistung
[Gy/a][Gy/a]
A. Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
Wagner 1998
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LumineszenzverfahrenLumineszenzverfahrenAnwendungsbereichAnwendungsbereich
Zeitliche Reichweite: 100 a bis ca. 1 Mio. JahreZeitliche Reichweite: 100 a bis ca. 1 Mio. Jahre
• Probenmaterial: vulkanische Gläser
Letztes Erhitzen
„Optisches Bleichen“ Lichtempfindlichkeit
Zeitpunkt des Erstarrens
Keramik Ziegeln Steingegenstände
fluviale Sedimente äolische Sedimente
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MineraltrennungMineraltrennung Gravimetrische Trennung in SandfraktionGravimetrische Trennung in Sandfraktion
In Schluff- und Tonfraktion allenfalls chemische Anreicherung von Quarz, ansonsten poylmineralische Fraktion!
Mejdahl 1985
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FeldspatspektrumFeldspatspektrum
0
100
200
300
400
500IR
-OSL
[a.u
.]
Ggfs. spektrale Trennung von Emissionen
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
A. Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…Wer macht sowas?
Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
Wagner 1995
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Das BändermodellDas Bändermodell
Quelle: Zöller (1995)
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……LUM, LUM, GrundlagenGrundlagen
……
Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
Hilgers 2007
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EnergiebändermodEnergiebändermodellell
Valenzband
LeitungsbandEnergie
IonisierendeStrahlung
Elektronenfallen
Rekombinationszentren Stimulation
Lumineszenz
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
TL-PlateautestTL-Plateautest
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
A. Hilgers 2007
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……LUM, LUM, Grundlagen…Grundlagen…
Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
A. Hilgers 2007
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
Für Kalifeldspat-Grobkorn:
Für Feinkorn:
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
TL an Sedimenten… TL an Sedimenten…
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……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
![Page 34: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/34.jpg)
……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
![Page 35: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/35.jpg)
……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
![Page 36: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/36.jpg)
……LUM, Grundlagen…Erhitzte GesteineLUM, Grundlagen…Erhitzte Gesteine
![Page 37: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/37.jpg)
……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
Partial heat – Partial heat – Longest plateau Longest plateau (Meerfelder (Meerfelder Maar)Maar)
Zöller et al., submitted
![Page 38: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/38.jpg)
……LUM, LUM, GrundlagenGrundlagen…… „„Fading“Fading“
![Page 39: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/39.jpg)
……LUM, Grundlagen…LUM, Grundlagen…
![Page 40: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/40.jpg)
TL, Anwendung…TL, Anwendung…
![Page 41: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/41.jpg)
TL, Anwendung…TL, Anwendung…
Löss-DatierungLöss-Datierung
Zöller 1995, Zöller & Semmel 2001
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OSL, AnwendungOSL, 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
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OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Quarz: hohe Stabilität, Quarz: hohe Stabilität, aber geringe aber geringe Sättiguns-dosisSättiguns-dosis
Hilgers 2007
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OSL, Anwendung: SAROSL, Anwendung: SAR
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
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OSL, Anwendung: SAROSL, Anwendung: SAR
Hilgers 2007
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OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Hilgers 2007
![Page 47: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/47.jpg)
OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Hilgers 2007
„RPB“=rapidly bleaching peak; „SBP““=slowly bleaching peak
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OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Hilgers 2007
Hilgers 2007
![Page 49: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/49.jpg)
OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Hilgers 2007
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Detektion unzureichender BleichungDetektion unzureichender Bleichung< 500 Körner / Aliquot
unzureichend gebleicht
HDS 975
Aliquot #
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
norm
. dos
e
0
1
2
gut gebleicht
HDS 905
Aliquot #
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
norm
. dos
e
0
1
2
v > 10 %Maximum Age
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OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Hilgers 2007
![Page 52: Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.](https://reader035.fdocument.org/reader035/viewer/2022081520/55204d6949795902118bf6ef/html5/thumbnails/52.jpg)
OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Hilgers 2007
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OSL, Anwendung:OSL, Anwendung: GlashütteGlashütte
Hilgers 2007
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OSL, Anwendung: RosenbergOSL, Anwendung: Rosenberg
Hilgers 2007
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OSL, AnwendungOSL, Anwendung
Hilgers 2007
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OSL, AnwendungOSL, 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
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Hilgers 2007
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OSL-Studien zu unzureichend gebleichten Proben mittels Single Grain + Röntgenquelle
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
12
34
56
78
910
12
3456789
0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24
Abb. J. Lomax
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OSL, Anwendung: Linear ModulationOSL, Anwendung: Linear Modulation
Ch. Schmidt, unpubl.
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ESRESR
Grün 1989
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ESRESR
Wagner 1995
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ESRESR
Wagner 1995
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ESRESR
Grün 1989
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ESRESR
Grün 1989
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ESRESR
Grün 1989
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ESRESR
Grün 1989
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ESRESR
Grün 1989
Grün 1989
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ESRESR
Grün 1989
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ESR sedimentäre QuarzeESR sedimentäre QuarzeFig. 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).Beerten et al.
2008Messung bei 105-100 K!
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ESRESR
Inflexion points!
Beerten et al. 2008
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ESRESR
Beerten et al. 2008
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ESRESR
Beerten et al. 2008
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ESR sedimentäre QuarzeESR sedimentäre Quarze
Fazit:Fazit: Hochauflösende ESR-Spektrometrie bei niedrigen T Hochauflösende ESR-Spektrometrie bei niedrigen T
(<110 K) geeignet, hohe Sedimentationsalter von (<110 K) geeignet, hohe Sedimentationsalter von Quarzen zu datieren (ED>1000 Gy)Quarzen zu datieren (ED>1000 Gy)
3 verschiedene g-Linien von Ti-Li- und Ti-H-Zentren3 verschiedene g-Linien von Ti-Li- und Ti-H-Zentren Dosisüberschätzung bei g1 durch Dosisüberschätzung bei g1 durch
Sensitivitätsänderung? Problem mit „inflexion points“.Sensitivitätsänderung? Problem mit „inflexion points“. Dosisunterschätzung bei g3 durch mangelnde Dosisunterschätzung bei g3 durch mangelnde
Stabilität?Stabilität? Weiterer aktueller Forschungsbedarf, aber viel Weiterer aktueller Forschungsbedarf, aber viel
versprechendversprechend