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.^[1]​ También puede utilizarse para datar sedimentos eólicos, fluviales, marinos, costeros, rocas volcánicas y carbonato cálcico precipitado en cuevas.^{[nota 1]}​^[2]​^[3]​ 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.^[4]​ Existen varias formas de realizar este tipo de datación, destacan: técnica de «pre-dosis», de «grano fino» y de las «inclusiones».^[5]​

Vaso campaniforme de Ciempozuelos. Sobre materiales que se han calentado, como la cerámica, se puede aplicar la datación por termoluminiscencia.

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.^[6]​^{[nota 2]}​ En el caso de los sedimentos, estos han debido estar expuestos durante cierto tiempo a la luz del sol.^[8]​ Las muestras analizadas deben tener una antigüedad de entre 1.000 y 500 000 años.^[9]​

Termoluminiscencia

 

Termoluminiscencia de la fluorita cuando es calentada.

Artículo principal: Termoluminiscencia

La termoluminiscencia es la emisión de luz por parte de ciertos minerales o sustancias cristalinas cuando son calentados.^[10]​ Esta emisión no debe confundirse con la producida por la incandescencia. Para que se produzca este fenómeno se deben de cumplir tres requisitos:^[11]​

• para que un material sea termoluminiscente ha debido recibir radiación durante un periodo de tiempo;
• debe de ser un material aislante o semiconductor;
• hay que calentar el material.

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.^[1]​ 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.^[1]​ 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.^[12]​^[13]​

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).^[14]​

La fluorita, el apatito o la calcita son ejemplos de minerales termoluminiscentes.^[15]​

Datación

 

Al hornear la cerámica los minerales que la componen pierden su termoluminiscencia hasta que vuelven a recibir radiación ionizante.

 

Esquema de un fragmento de cerámica en un yacimiento arqueológico donde se muestran los distintos tipos de radiación ionizante que inciden sobre ella: 1, radiactividad del entorno; 2, radiactividad emitida por la propia cerámica y 3, rayos cósmicos.

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.^[1]​ 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:^[4]​^[16]​

${\displaystyle a=P(Gy)/D(Gy/a)}$ 

Donde:

${\displaystyle a}$  es la edad en años.

${\displaystyle P(Gy)}$  es la radiación absorbida en grays desde el calentamiento o exposición a la luz (paleodosis).

${\displaystyle D(Gy/a)}$  es la radiación absorbida en un año (dosis anual).

Cálculo de la dosis anual

La dosis absorbida proviene de dos fuentes, interna y externa.

Dosis interna

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.^[4]​

Dosis externa

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.^[4]​ Se asume que la dosis suministrada por los rayos cósmicos es constante.^[4]​

Se puede concluir que:

${\displaystyle D(Gy/a)=Di+(Drc+Drg)}$ 

Donde:

${\displaystyle D(Gy/a)}$  es la radiación absorbida en un año (dosis anual).

${\displaystyle Di}$  es la dosis interna.

${\displaystyle Drc}$  es la dosis externa recibida por rayos cósmicos.

${\displaystyle Drg}$  es la dosis externa recibida por rayos gamma.

Para la medición de las dosis interna y externa se pueden utilizar dosímetros.^[17]​

Cálculo de la paleodosis

 

Esquema de una curva de brillo.

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.^[18]​ Para hallar la paleodosis se pueden emplear varios métodos:^[8]​

• Método de la adición de dosis: se divide la muestra en varias partes; en una de ellas se mide la termoluminiscencia natural y en el resto se realizan mediciones de la termoluminiscencia después de someterlas a distintas dosis de radiación en el laboratorio. Después se dibuja una curva que una todos los valores obtenidos y se continua hasta el eje donde se representa la dosis, obteniendo la paleodosis.^[19]​
• Método regenerativo: se separan varias fracciones de la muestra para medir su termoluminiscencia. Una vez medida, se las irradia con distintas dosis para volver a medir su termoluminiscencia, obteniendo una curva. Se compara el valor de luminiscencia natural con el mismo valor presente en la curva y obtenemos la paleodosis.^[8]​
• Método del blanqueado parcial: se dibujan dos curvas; una de ellas resultado de aplicar el método de la adición y otra con fracciones de muestras que han sido parcialmente «blanqueadas», es decir, que se les ha expuesto a una luz para conseguir que pierdan parte de su luminiscencia original. El punto donde las dos curvas se cruzan nos van a definir la paleodosis.^[8]​

 

Gráficos que representan los distintos métodos para calcular la paleodosis: a) Método de la adición de dosis; b) Método regenerativo y c) Método del blanqueado parcial.

Métodos

 

El método de la predosis es apropiado para la datación de la porcelana.^[20]​

Los métodos más empleados son el grano fino, las inclusiones (o grano grueso) y la pre-dosis (o predosis):

• Inclusiones: el ensayo se realiza sobre granos con un diámetro superior a 60 μm.^[21]​ Normalmente se utiliza cuarzo debido a su poca radiactividad, su abundancia y a que su termoluminiscencia es muy marcada.^[22]​ Para recoger la muestra se eliminan 2 mm de la superficie, se machaca la muestra y con un juego de tamices se seleccionan los granos del diámetro adecuado; después las muestras se tratan con HCl y HF para eliminar los feldespatos y las calcitas y que queden concentrados los cuarzos.^[23]​
• Grano fino: con este método no se emplean granos individuales, sino que se recoge una muestra de material de grano muy fino (4 y 11 μm)^[21]​ de distintas composiciones. Normalmente se emplea un taladro especial para separar el material a analizar y se somete a una serie de procesos para eliminar las fracciones que presentan un diámetro de grano distinto al aconsejado.^[24]​ Se suele utilizar con trozos de cerámica y es útil en zonas donde no abunda el cuarzo.^[25]​
• Predosis: se basa en que el pico de los 110℃ de la curva de brillo del cuarzo provee información sobre la paleodosis que ha recibido el mineral.^[20]​^[26]​ Se ha observado que a esa temperatura hay diferencias en la emisión y que estas diferencias se pueden relacionar con la paleodosis;^[27]​ Para ejecutar este ensayo de debe irradiar y calentar la muestra hasta los 500 ℃ varias veces.^[28]​ Se suelen emplear granos de cuarzo de entre 90 y 150 μm.^[29]​

Equipo

 

Fotomultiplicador.

Además de ciertas herramientas como tamices, taladros y placas de vidrio, el equipo necesario para realizar las dataciones es:

• Dosímetros: en caso de datar material arqueológico puede ser necesario disponer varios dosímetros en el yacimiento, a ser posible en condiciones similares a las de la pieza que se desea datar, y deseablemente durante un periodo de un año.^[30]​ Con las medidas obtenidas se podría calcular la dosis anual, pero debido a que este lapso de tiempo es bastante prolongado, normalmente se utilizan otros métodos indirectos para calcular ese dato.^[1]​
• Tubo fotomultiplicador: es un aparato que convierte la luz en corriente eléctrica; para ello se provoca que los fotones impacten en una placa (fotocátodo), de la que se van a desprender electrones que van a ser atraídos por otra sucesión de placas (dínodos). Al final del proceso cada fotón va a producir una corriente eléctrica de entre 10⁶ y 10⁷ electrones.^[31]​ Los datos obtenidos los procesa un ordenador, que a la vez recaba la información de la temperatura del horno.^[1]​
• Horno: debe ser capaz de aumentar la temperatura unos 20℃/s, y debe poseer un sistema de vacío. Los datos de temperatura los recoge un ordenador, y con estos datos y los obtenidos con el tubo fotomultiplicador se podrá dibujar una curva de brillo.^[1]​

Historia del uso de la termoluminiscencia para datar

 

Caballo de bronce del siglo I a. C. expuesto en el Museo Metropolitano de Arte de Nueva York. Su antigüedad fue corroborada empleando la datación por termoluminiscencia en el molde.^[21]​

Martin Aitken fue el primer científico que empleó la termoluminiscencia para la datación de cerámica.^[32]​ 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.^[21]​ En esa década ya se empleaban los métodos de grano fino y de grano grueso o inclusiones.^[21]​

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.^[21]​ Se desarrolló el método de la pre-dosis,^[21]​ que debido a su sensibilidad se utiliza en el estudio de los restos de menor antigüedad.^[27]​ 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.^[21]​ Se empezó a plantear la posibilidad de emplear la termoluminiscencia para datar sedimentos; se intentaron datar loess y sedimentos depositados en ambientes marinos profundos.^[21]​ 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.^[33]​

Véase también

• Datación potasio-argón
• Datación uranio-torio
• Dendrocronología
• Varva

Notas

1. En la actualidad se suele emplear la luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) para datar sedimentos.
2. Otras fuentes indican que la temperatura necesaria ha de ser superior a 300 °C.^[7]​

Referencias

1. Arribas, J. G.; Calderón, T. y Blasco, C. (1989). «Datación absoluta por termoluminiscencia: un ejemplo de aplicación arqueológica». Trabajos de Prehistoria (CSIC) 46: 231-246. ISSN 0082-5638. 
2. SEES (2010). . University of Wollongong (en inglés). Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2012. Consultado el 29 de enero de 2013. 
3. (Bahn y Renfrew, 2004, p. 137)
4. Richter, D. (2007). . Geoarchaeology: An International Journal (en inglés) 22 (6): 671-683. ISSN 1520-6548. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2012. 
5. (Matteini y Moles, 1996, p. 248)
6. Brussels Art Laboratory. «Thermoluminescence» (en inglés). Consultado el 18 de marzo de 2015. 
7. (Lasky, 2002, p. 96)
8. (Burbank y Anderson, 2011)
9. USGS. (en inglés). Archivado desde el original el 7 de abril de 2019. Consultado el 29 de enero de 2013. 
10. «Thermoluminescence». Encyclopædia Britannica (en inglés). 
11. (McKeever, 1988, p. 1)
12. Ramírez Luna, A. (2011). . 46º Congreso Mexicano de Química (Querétaro). Archivado desde el original el 5 de marzo de 2016. 
13. Valencio, S. A. y Amos, A. J. (1998). «La luminiscencia natural como método de datación en la geología del Cuaternario: aplicaciones en sedimentos de la región del Comahue». Revista de la Asociación Geológica Argentina 53 (1): 22. ISSN 0004-4822. 
14. Mercado Uribe, H. (2007). «La física de las radiaciones y la dosimetría». Cinvestav: 38-43. ISSN 1870-5499. 
15. UNED. «Tipos de luminiscencia». Consultado el 26 de septiembre de 2012. 
16. Berger, T. . Technische Universität Wien - Atominstitut (en inglés). Archivado desde el original el 3 de diciembre de 2012. Consultado el 26 de septiembre de 2012 (guardado en Internet Archive el 3 de diciembre de 2012). 
17. Muñoz Ovalle, I. y Chacama Rodríguez, J. (1988). «Cronología por termoluminiscencia para los periodos intermedio tardío y tardío en la Sierra de Arica». Revista Chungará (20): 19-45. ISSN 0717-7356. 
18. IPSES. «Brief introduction on TL technique» (en inglés). Consultado el 24 de febrero de 2013. 
19. (Walker, 2005, p. 96)
20. Oxford Authentication UK Ltd. «TL testing process» (en inglés). Consultado el 16 de febrero de 2015. 
21. Wintle, A. G. (2008). . Archaeometry (en inglés) 50 (2): 276-312. ISSN 1475-4754. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2015. 
22. (Francisco Fernández, 1992, p. 208)
23. (González Martínez, 1999, p. 48)
24. Calderón, T.; Arribas, J. G.; Millán, A. y Blasco, C. (1988). «Servicio de datación absoluta por termoluminiscencia y analítica de cerámicas arqueológicas en la Universidad Autónoma de Madrid». CuPAUAM (15): 385-397. ISSN 0211-1608. 
25. Soler Javaloyes, V.; Navarro Mederos, J. F.; Martín Rodríguez, E. y Castro Almazán, J. A. (2002). . Revista Tabona (11): 73-86. ISSN 0213-2818. Archivado desde el original el 16 de febrero de 2015. Consultado el 16 de febrero de 2015. 
26. Leung, P. L.; Yang, B. y Stokes, M. J. (1997). . Ancient TL (en inglés) 15 (1): 1-5. ISSN 0735-1348. Archivado desde el original el 2 de abril de 2015. Consultado el 18 de marzo de 2015. 
27. Arribas, J. G.; Beneitez, P.; Millán, A.; Calderón, T.; Blasco, C. y Ramos, L. (1992). «Aplicación de la termoluminiscencia a la autentificación de piezas de museo: un ejemplo sobre supuestos materiales nazcas y tiahuanacotas del «Museo de América» (Madrid)». Revista Española de Antropología Americana (22): 35-51. ISSN 0556-6533. 
28. (Musílek y Kubelík, 2000, p. 110)
29. (McKeever, 1988, p. 258)
30. Deza, A. y Roman, A. (1986). «La dosimetría termoluminiscente en arqueología». Revista Chungará (16-17): 403-407. ISSN 0717-7356. 
31. (Villegas Casares, Acereto Escoffié y Vargas Quiñones, 2006, p. 62)
32. Prescott, J. (2002). . Ancient TL (en inglés) 20 (1): 29-32. ISSN 0735-1348. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 15 de febrero de 2015. 
33. Thermoluminescence (TL) dating el 2 de abril de 2015 en Wayback Machine., Universidad de Wollongong, Australia; Daybreak Corporation, FAQs; Oxford University el 2 de abril de 2015 en Wayback Machine.; Oxford Authentification, ver precios diferentes según el tipo

Bibliografía

• Bahn, P. y Renfrew, C. (2004). «4. ¿Cuándo? Métodos de Datación y Cronología». Arqueología (2ª edición). Ediciones AKAL. p. 576. ISBN 9788446002345. 

• Burbank, D. W. y Anderson, R. S. (2011). Tectonic Geomorphology (en inglés). John Wiley & Sons. p. 480. ISBN 9781444345049. 

• Francisco Fernández, J. T. (1992). «La datación por termoluminiscencia». En Rodà, I., ed. Ciencias, metodologías y técnicas aplicadas a la arqueología. Universidad Autónoma de Barcelona. p. 292. ISBN 9788479292935. 

• González Martínez, P. D. (1999). . Universidad Autónoma Metropolitana. p. 133. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2015. Consultado el 25 de diciembre de 2017. 

• Lasky, L. (2002). La noción del tiempo (1ª edición). Plaza y Valdés. p. 107. ISBN 9789707220805. 

• Matteini, M. y Moles, A. (1996). «25. Termoluminiscencia». Ciencia y restauración (en inglés). Fuenterrabía: Nerea. p. 312. ISBN 9788489520493. 

• McKeever, S. W. S. (1988). Thermoluminescence of solids (en inglés). Cambridge University Press. p. 392. ISBN 9780521368117. 

• Musílek, L. y Kubelík, M. (2000). «Thermoluminiscence Dating». En Creagh, D.C. y Bradley, D.A., ed. Radiation in Art and Archeometry (en inglés). Elsevier. p. 520. ISBN 9780080540191. 

• Villegas Casares, W. A.; Acereto Escoffié, P. O. y Vargas Quiñones, M. E. (2006). Análisis Ultravioleta-Visible. La teoría y la práctica en el ejercicio profesional. Universidad Autónoma de Yucatán. p. 83. ISBN 9789706981165. 

• Walker, M. (2005). Quaternary Dating Methods (en inglés). John Wiley & Sons. p. 304. ISBN 9780470869284. 

•   Datos: Q2727388