Datación por termoluminiscencia
La datación por termoluminiscencia es un método de datación absoluta empleado en arqueología para determinar la edad de elementos que hayan sido sometidos a calentamiento, como hogares o cerámicas. También puede utilizarse para datar sedimentos eólicos, fluviales, marinos, costeros, rocas volcánicas y carbonato cálcico precipitado en cuevas. Se basa en las alteraciones que provocan las radiaciones ionizantes (radiación cósmica y radiactividad del entorno) en las estructuras cristalinas de los minerales, aumentando la termoluminiscencia de estos con el tiempo de exposición a la radiación. Existen varias formas de realizar este tipo de datación, destacan: técnica de «pre-dosis», de «grano fino» y de las «inclusiones».
Para poder emplear este ensayo es necesario que el elemento que va a ser datado (cerámica, piedra de horno...) contenga minerales termoluminiscentes (normalmente cuarzo) y que se haya visto sometido a una temperatura superior a 500 °C. En el caso de los sedimentos, estos han debido estar expuestos durante cierto tiempo a la luz del sol. Las muestras analizadas deben tener una antigüedad de entre 1.000 y 500 000 años.
La termoluminiscencia es la emisión de luz por parte de ciertos minerales o sustancias cristalinas cuando son calentados. Esta emisión no debe confundirse con la producida por la incandescencia. Para que se produzca este fenómeno se deben de cumplir tres requisitos:
La radiación ionizante provoca al incidir sobre un material que los electrones y los huecos pueden quedar atrapados en imperfecciones de la red cristalina (trampas), entre la banda de conducción y la banda de valencia. Cuanto mayor es el tiempo de exposición a la radiación, mayor es el número de electrones y huecos que pueden quedar atrapados en las trampas. Al calentar el material o con la exposición a luz estimulante, los electrones y los huecos se «liberan», volviendo a su estado natural y deshaciéndose del exceso de energía que habían adquirido, emitiendo fotones.
Se puede representar en una gráfica la variación de la intensidad de la luz emitida por un material con la temperatura a la que se ve sometido, denominada curva de brillo (Glow curve).
La fluorita, el apatito o la calcita son ejemplos de minerales termoluminiscentes.
La datación por termoluminiscencia parte de la base de que todo cuerpo que ha sido sometido a una determinada temperatura o que ha recibido luz solar pierde su termoluminiscencia al haber «liberado» a los electrones de las trampas. Dichas trampas volverán a albergar a electrones a medida que reciba de nuevo radiación. Luego, la edad en años de un objeto que ha sido calentado (cerámica, por ejemplo) será igual a la cantidad de radiación absorbida por el objeto desde su horneado dividida por la cantidad de radiacción que recibe al año:
Donde:
es la edad en años.
es la radiación absorbida en grays desde el calentamiento o exposición a la luz (paleodosis).
es la radiación absorbida en un año (dosis anual).
La dosis absorbida proviene de dos fuentes, interna y externa.
La dosis de radiación interna se corresponde con emisiones de partículas alfa, partículas beta y rayos gamma procedentes del uranio (U), torio (Th), potasio (K) y rubidio (Rb) radiactivos presentes en el elemento que se quiere datar.
La dosis externa proviene de los rayos cósmicos y de los núcleos radiactivos presentes en el sedimento. Debido a que las partículas alfa y beta tienen poca capacidad de penetración, a la muestra que se va a datar se le puede eliminar 2 mm de su superficie, por lo que solo hay que tener en cuenta a los rayos gamma. Se asume que la dosis suministrada por los rayos cósmicos es constante.
Se puede concluir que:
Donde:
es la radiación absorbida en un año (dosis anual).
es la dosis interna.
es la dosis externa recibida por rayos cósmicos.
es la dosis externa recibida por rayos gamma.
Para la medición de las dosis interna y externa se pueden utilizar dosímetros.
Para el cálculo de la paleodosis se ha de calentar a una tasa constante el material a estudiar para luego medir la luz emitida con un fotomultiplicador, con lo que se obtendrá una curva de brillo. Para hallar la paleodosis se pueden emplear varios métodos:
Los métodos más empleados son el grano fino, las inclusiones (o grano grueso) y la pre-dosis (o predosis):
Además de ciertas herramientas como tamices, taladros y placas de vidrio, el equipo necesario para realizar las dataciones es:
Martin Aitken fue el primer científico que empleó la termoluminiscencia para la datación de cerámica. Publicó los datos en la revista Nature en el año 1964 y a lo largo de la década de 1960 empezó a generalizarse el uso del nuevo método, cuyos resultados se publicaban en su mayoría en la revista Archaeometry. En esa década ya se empleaban los métodos de grano fino y de grano grueso o inclusiones.
En la década de 1970 se empezó a utilizar para datar arcilla cocida de distintos yacimientos y se pudo contrastar con el empleo del carbono-14. También se empleó para detectar falsificaciones. Se desarrolló el método de la pre-dosis, que debido a su sensibilidad se utiliza en el estudio de los restos de menor antigüedad. A finales de esa década y a principios de la década de 1980 se empezaron a datar elementos no cerámicos, como piedras que habían sido calentadas. También se empezaron a fabricar nuevos aparatos para realizar los ensayos. Se empezó a plantear la posibilidad de emplear la termoluminiscencia para datar sedimentos; se intentaron datar loess y sedimentos depositados en ambientes marinos profundos. Entre mediados de esa década y la década de 1990 se empezó a utilizar una técnica nueva denominada luminiscencia estimulada ópticamente (OSL), que es la más utilizada para establecer la edad de sedimentos.
La técnica tiene una amplia aplicación, y es relativamente barata, con unos US $ 300-700 por objeto; idealmente se prueban varias muestras. Los sedimentos son más caros hasta la fecha.