Radiofluoreszenz von Quarzen: Herausforderungen auf dem Weg zu einer Datierungsanwendung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Gegensatz zu den routinemäßig eingesetzten Datierungsverfahren der Thermolumineszenz (TL) und optisch stimulierten Lumineszenz (OSL) ist über die Radiofluoreszenz (RF; Lumineszenz bei ionisierender Bestrahlung) von Quarz und deren Potential in Datierung und Dosimetrie vergleichsweise wenig bekannt. Ziel des Projekts war es deswegen, systematische Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit und Dosisabhängigkeit des Quarz-RF-Signals durchzuführen sowie auch dessen Beeinflussung durch Wärme- und Lichteinwirkung zu evaluieren. Um der Varianz natürlicher Quarze Rechnung zu tragen, wurden vier Referenzproben unterschiedlicher Genese (hydrothermal, vulkanisch, plutonisch bzw. sedimentär) für die Experimente herangezogen. Eine Korrelation der gemessenen RF-Eigenschaften mit der geochemischen Zusammensetzung der Referenzproben wurde durch eine elementaranalytische Charakterisierung mittels Elektronenstrahlmikrosonde, ortsaufgelöster Kathodolumineszenz und ICP-MS zu erreichen versucht. Die RF-Messungen der Referenzproben zeigten, dass eine Dosisabhängigkeit – und damit eine potentielle Verwendung für Dosimetrie und Datierung – nur nach vorherigem Ausheizen (> mehrere hundert °C) eintritt. Dies kann vermutlich eng mit dem bekannten Phänomen des ‚pre-dose‘-Effekts in Verbindung gebracht werden; lediglich die Messmethode ist im Falle der RF eine andere. Dieses Ergebnis schmälert zurzeit die zu erwartenden Aussichten, das (UV-)Quarz-RF-Signal zur Sedimentdatierung (Zeitpunkt der letzten Lichtexposition) einsetzen zu können. Unterstrichen wird diese Aussage von den Belichtungsexperimenten, die zwar eine Veränderung des RF-Signals nach ein- oder mehrstündiger Lichtexposition dokumentierten, aber weder ein klarer Zusammenhang zwischen Photonenenergie und Signalveränderung, noch eine generelle Signalreproduzierbarkeit beobachtet werden konnte. Vorhersagen publizierter Modelle zur Beschreibung der Quarz-Lumineszenz decken sich nicht mit den experimentellen Befunden. Weiterhin ergab sich kein offensichtlicher Zusammenhang zwischen Bedingungen der Quarz-Genese und den RF-Eigenschaften der untersuchten Proben. Obwohl eine Datierungsanwendung des Quarz-RF-Signals in naher Zukunft nicht zu erwarten ist, liefern die Messungen dennoch wichtige Informationen zum Verständnis und zur Weiterentwicklung von Modellvorstellungen der Ladungsträgertransfers in natürlichem Quarz. Anders als bei der im Infraroten (865 nm) detektierten RF von K-Feldspat, für welche ein Elektronenübergang in eine thermisch stabile Falle verantwortlich scheint, ist nach aktuellem Kenntnisstand für die Quarz-RF die direkte Rekombination von Leitungsbandelektronen mit aktivierten Lumineszenzzentren der wahrscheinlichste, zumindest dominante Mechanismus. Ein bewilligtes Nachfolgeprojekt wird den Ursprung und die Eigenschaften der Quarz-RF in den kommenden Jahren weiter untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2013. Radiofluorescence doseresponse of various quartz samples: First results. 9th New World Luminescence Dating Workshop, 15.-18.08.2013, Logan (USA)
Schmidt, C., Kreutzer, S., DeWitt, R., Junge, A., Steup, R., Fuchs, M.
- 2013. Radiofluorescence of quartz: Challenges towards a dating application: a project description. German LED 2013, 25.– 27.10.2013, Freiberg (Deutschland)
Kreutzer, S., Junge, A., Steup, R., Schmidt, C., DeWitt, R., Fuchs, M.
- 2014. Radiofluorescence of quartz: Potential for a dating application? 14th International Conference on Luminescence and Electron Spin Resonance Dating, 07.-11.07.2014, Montreal (Kanada)
Kreutzer, S., Schmidt, C., Friedrich, J., DeWitt, R., Steup, R., Fuchs, M.
- 2015. Characterization of natural quartz samples of different genesis and origin using element analysis techniques. Jahrestreffen der Jungen Geomorphologen, 08.-10.05.2015, Heimbach Hergarten (Deutschland)
Steup, R., Kreutzer, S., Schmidt, C., Fuchs, M.
- 2015. Radiofluorescence of quartz: A review. Quaternary Geochronology 27, 66-77
Schmidt, C., Kreutzer, S., DeWitt, R., Fuchs, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.quageo.2015.01.005)
