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Luminiscencia

Luminiscencia

La investigación de este Grupo se basa en el principio de que materiales que contienen isótopos radioactivos (U, Th, K), o que se encuentran cerca de una fuente de radiación, están sujetos a bajos niveles de radiación. Esta produce con el tiempo ionización de átomos y de electrones atrapados en defectos estructurales. Se estan realizando grandes avances en cuanto a protocolos y aplicabilidad.

La datación por Luminiscencia de sedimentos del Cuaternario está basada en la medición de poblaciones de carga atrapadas en los minerales, tanto de cuarzo como de feldespato, para determinar la cantidad de tiempo ocurrido desde que los granos del mineral sedimentario fueron expuestos a la luz por última vez. Después de ser depositados (y enterrados) en ambientes naturales sedimentarios, las cargas atrapadas se acumulan en defectos localizados dentro de la red cristalina de los granos del mineral a causa de la exposición continua a la radiación ionizante que ocurre naturalmente debido al decaimiento radiactivo de los isotopos de potasio y rubidio, y los isotopos que componen la cadena de decaimiento radioactivo de uranio y torio. La carga atrapada se acumula durante el periodo de enterramiento a una tasa proporcional al nivel natural de la radioactividad de fondo. La exposición de los granos a la luz solar causa que esta carga acumulada en trampas o huecos sensibles a la luz se vacíe (o blanquee), y así se reinicie la luminiscencia residual del sedimento. Por lo tanto, la datación por luminiscencia puede ser utilizada para obtener una edad numérica directa capaz de restringir eventos deposicionales.

Las muestras de luminiscencia son recogidas en el campo sin ser expuestas en lo absoluto a la luz solar. Esto se logra recogiendo las muestras en tubos de PVC que son sellados rápida e inmediatamente, excavando bloques de sedimento cementado, o recogiendo material durante la noche con linternas de luz roja de baja intensidad. En el laboratorio, los granos minerales son separados química y físicamente bajo luz roja o naranja muy tenue. Luego de este proceso es posible medir la cantidad de carga atrapada que se ha acumulado desde que el mineral estuvo expuesto a la luz mediante un calentamiento artificial (obteniendo termoluminiscencia, o TL), iluminación con una fuente de luz visible de ondas de longitud estrecha (obteniendo luminiscencia estimulada ópticamente, OSL), o la exposición del mineral a una fuente de ondas infrarroja (obteniendo luminiscencia estimulada por infrarrojo, IRSL). La intensidad de la luminiscencia emitida a causa de la estimulación óptica o térmica es proporcional al total de la dosis radioactiva absorbida por el sedimento desde que este fue enterrado por última vez y fue escudado de la luz solar. La dosis total acumulada durante el enterramiento puede ser cuantificada mediante la calculación de la dosis equivalente (De), que se obtiene comparando la intensidad de la señal de la luminiscencia `natural´ con la intensidad de la señal obtenida luego de administrar una serie de dosis artificiales utilizando una fuente de radiación calibrada correctamente. Para poder obtener una edad de deposición del sedimento, es necesario determinar la tasa de radiación ionizante a la cual estuvo expuesto el mineral durante el entierro. Esto se determina mediante la medición de las concentraciones de elementos radioactivos y productos hijos en muestras adicionales del sedimento a datar, junto con mediciones in situ de rayos gamma y cálculos de tasa de dosis proveniente de rayos cósmicos en el sitio de muestreo. La edad de la muestra puede ser obtenida utilizando la siguiente ecuación:

Edad (ka) =  Dosis Equivalente (Gy)
                   ______________________

                  Tasa de Dosis (Gy/ka)

                 (Gy = Gray, donde 1 Gy = 1 J/kg)

Generalmente, se prefiere datar los depósitos sedimentarios utilizando OSL sobre cuarzo en lugar de TL porque la señal de OSL es más sensible a la luz solar que la señal obtenida mediante el calentamiento. Este abordaje reduce las posibilidades de que una muestra retenga una señal residual (y por lo tanto un edad inherente) al ser enterrada. Dataciones por OSL de cuarzo sedimentario es hoy en día una técnica radiométrica de datación bien establecida, que se utiliza en una amplia gama de depósitos sedimentarios, e incrementalmente has sido aplicada en contextos arqueológicos. Durante la última década, han habido desarrollos técnicos y metodológicos claves en la técnica de datación por OSL que han hecho posible obtener edades de entierro de granos de cuarzo de tamaño grueso individuales (llamado “single-grain OSL dating” -  dataciones por OSL de granos individuales). En contextos arqueológicos, como por ejemplo cuevas y refugios de roca, este método es particularmente ventajoso porque facilita el chequeo de la integridad estratigráfica de los depósitos y permite que granos contaminantes (por ejemplo aquellos granos que provienen del desprendimiento de material de techo o la bioturbación), o granos que no hayan sido blanqueados suficientemente por la luz solar antes de ser enterrados, sean identificados y descartados antes de obtener la edad final del depósito. Debido a estos atributos, las edades de OSL basada en la medición de granos individuales (“single-grain”) tienen una mayor precisión y exactitud que las que pueden ser obtenidas utilizando un enfoque convencional. Los adelantos en las dataciones de “single-grain” han sido complementados por el desarrollo de modelos estadísticos sofisticados que facilitan la estimación de edades de enterramiento más fiables, sobretodo en contextos de deposición complejos.

El límite superior de datación por OSL convencional es dictado por la cantidad de carga atrapada que se puede acumular en los defectos localizados antes de que estos se saturen. Esta `dosis de saturación´ es típicamente evidente en muestras de cuarzo que son mayores de ~100-150 ka y feldespato mayor a los ~400 ka. Sin embargo, un número de abordajes experimentales alternativos han sido propuestos para extender el rango límite de edad impuesto por la saturación de la señal convencional de OSL, que incluyen termoluminiscencia isotérmica, el uso de componentes de la señal de OSL con blanqueamiento más lentos, dataciones de granos individuales denominados `supergrains´, OSL térmicamente transferido, e IRSL post-infrarrojo. Estas alternativas ofrecen la posibilidad de datar depósitos más antiguos (potencialmente hasta 1 Ma). No obstante, investigaciones están en curso para determinar la idoneidad de estas técnicas experimentales en diferentes ambientes sedimentarios utilizando muestras que ya han sido datadas de manera independiente.

Gloria I. López Cadavid
Gloria I. López Cadavid
Investigadora en Datación por Luminiscencia
CENIEH
Geocronología
Luminiscencia
2 planta - Despacho 4.3
947040800 (ext. 4203) , gloria.lopez@cenieh.es

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