استفاده از گرمالیانی در ایران: سن‌یابی نمونه‌های سفالی موزه ملی ایران

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد‍‍ ژئوفیزیک، گروه فیزیک زمین، مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران

2 استادیار، گروه فیزیک زمین، مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران

3 محقق، گروه باستان‌شناسی، دانشگاه تهران، ایران

چکیده

While a crystalline material is heated from room temperature to around 500°C, a weak but measurable light will be emitted. This light is known as thermoluminescence (TL) and is based on storage of energy from ionizing radiation in many naturally occurring TL minerals, including quartz and feldspar. The source of radiation is the radioactive materials such as uranium, thorium, potassium and cosmic radiation. The physical bases for this phenomenon in the simplest model can be expressed as follow: In nature all minerals are exposed to radiation, which leads to ionization of the atoms as electrons and holes. Freed electrons may become trapped in structural defects. The number of trapped electrons will be accumulated up to the time that the material is heated sufficiently. Heating stimulate the atoms and electrons can be released and recombine with the ‘holes’. Some of these holes are called 'the luminescence centers' in the mineral crystal lattice which recombination of electron with them, results to an emission of light which is called thermoluminescence.
When mineral is heated to high temperature, it loses all its previously acquired TL signal, and sets luminescence clock to zero. After cooling, the natural radioactivity causes thermoluminescence to build up again and thus the amount of TL induced is proportional to the time that has elapsed since the minerals were fired.
For dating in laboratory, it is necessary to measure equivalent dose and dose rate. The intensity of the radiation damage in crystal lattices is a measure of the Equivalent Dose (DE) which the mineral has received since last “resetting” by exposure to heat. DE is obtained by means of a TL measurement. The dose rate (DR) is a measure of radiation dose per unit of time absorbed by mineral. The equation for obtaining an age is:
Age (ka) = DE (Gy)/DR (Gy/ka)
Two approaches are employed to determine the DE: the additive-dose method and the regeneration method. In this study, we used the first method. In additive-dose method, a number of nearly equal portions of the sample (aliquots) are divided into groups; one is reserved for measurement of the natural TL signal only, while the others are given various doses of laboratory radiation. Then, all the aliquots are measured together and the luminescence intensity is plotted against laboratory radiation dose; this forms the sample’s dose response. The DE is determined from the intercept of the fitted line with the dose.
The dose rate is calculated from an analysis of the radioactive elements in both the sample and its surroundings. These are determined using the measured concentrations of radioactive elements (uranium, thorium, potassium-40) within the sample and its surroundings, which are, in turn, converted into dose rates using standard conversion factors and formulae. Contribution of cosmic rays is also determinated. There are different methods for obtaining concentrations of radioactive elements such as ?-Spectrometer, ICP Mass Spectrometer, Notrun Activation, ? counting and flame photometry.
Thermoluminescence dating began in 1960- 1970, with age determination of pottery and other fired material in archeology and then it was employed in the other science such as paleoseismology, paleoclimatology, geology, archeology and geography.
Iran is an ancient country which is located on the belt of earthquake, so most of ancient monuments and old civilizations have been destroyed by earthquake or other natural disasters. Dating can be a device to relate paleoseismology, paleoclimatology and archeology in Iran. Therefore, having knowledge of dating methods, especially luminescence, is so important for experts in geography, archeology, geology, seismology students and etc.
In addition to an introduction to TL dating, this study has dated five potteries from Iran national museum in a range of 1000 to 4000 years.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Application of thermoluminescence in Iran: Dating of pottery samples of Iran National Museum

نویسندگان [English]

  • Somayeh Rostami Mehraban 1
  • Morteza Fattahi 2
  • Faranak Bahrololumi 3
چکیده [English]

گرمالیانی (ترمولومینسانس)، نور منتشر شده از مواد معدنی در اثر حرارت دادن آنها تا دمای حدود C° 500 است. به‌منظور به‌کارگیری گرمالیانی در سن‌یابی، از دانه‌‌های معدنی کوارتز و فلدسپار موجود در مواد استفاده می‌‌شود. این دانه‌‌ها به‌صورت مقدارسنج (دُزی‌متر) عمل می‌‌کنند، یعنی قادر به جذب تابش یونیده‌کننده‌ای هستندکه در معرضش قرار گرفته‌اند. این تابش از واپاشی عنصر‌های پرتوزای– اورانیم ، توریم، روبیدیم و پتاسیم- موجود در طبیعت، به‌علاوه تابش‌های کیهانی حاصل می‌‌شود.
وقتی دانه‌‌های معدنی در معرض گرمای شدید قرار می‌‌گیرند، همة سیگنال گرمالیانی که قبلا درآنها ذخیره شده است، از بین می‌‌رود. بنابراین ساعت درخشایی صفر می‌‌شود. هنگامی‌که این دانه‌ها دوباره در معرض تابش‌های پرتوزا قرار می‌‌گیرند، سیگنال گرمالیانی در آنها ذخیره می‌شود و با زمان افزایش می‌‌یابد. به‌منظور سن‌یابی در آزمایشگاه، نیاز به اندازه‌گیری مقدار معادلِ مقدار طبیعی و نرخ مقدار سالانه است. مقدار معادلِ مقدار طبیعی از اندازه‌گیری سیگنال گرمالیانی ذخیره شده به‌دست می‌‌آید. نرخ مقدار عبارت است از مقداری که دانه های معدنی ظرف یک سال در خود ذخیره می‌‌کنند. از تقسیم مقدار معادلِ مقدار طبیعی بر نرخ مقدار، سن نمونه به‌دست می‌‌آید.
سن‌یابی به روش گرمالیانی در سال‌های 1960-1970، با تعیین سن سفال و سایر مواد گرم شده باستان‌شناسی، شروع شد و پس از آن در دیگر شاخه‌های دانش مانند دیرین‌زلزله‌شناسی، دیرین‌اقلیم‌شناسی، زمین‌شناسی، باستان‌شناسی، جغرافیا و مانند آن مورد استفاده قرار گرفت. برای مثال از آن در باستان‌شناسی به‌منظور تعیین سن و اصالت ظروف سفالی، آجر، کاشی و مانند آن استفاده می‌‌شود. در دیرین‌اقلیم‌شناسی، با سن‌یابی رسوبات می‌‌توان داده‌های ثبت شده جامعی از وضعیت آب و هوای کره زمین در گذشته فراهم کرد که به درک دیرین‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اقلیم‌شناسی منطقه‌ای و جهانی کمک می‌‌کند(فتاحی و همکاران، 2007). در دیرین‌زلزله‌شناسی از گرمالیانی در سن‌یابی زلزله‌های گذشته،‌ تعیین نرخ حرکت گسل و دوره بازگشت استفاده می‌‌شود(فتاحی، 2009).
ایران کشوری باستانی و زلزله‌خیز است،‌ لذا بسیاری آثار باستانی و تمدن‌های دیرین ممکن است دراثر زلزله یا سایر حوادث طبیعی از بین رفته باشد. سن‌یابی می‌‌تواند وسیله ارتباط دیرین‌زلزله‌شناسی، دیرین‌اقلیم‌شناسی و باستان‌شناسی در ایران باشد. لذا روش‌های سن‌یابی، به‌ویژه گرمالیانی،‌ برای متخصصان و دانشجویان جغرافیا،‌ باستان‌شناسی، زمین‌شناسی و زلزله‌شناسی و مانند آن بسیار مهم است. با اشاره به اینکه اولین قدم درسن‌یابی گرمالیانی سفال‌ها در آکسفورد برداشته شد،‌ این مقاله ضمن توضیح نحوه تعیین سن پنج ظرف سفالین در مخزن موزه ملی ایران،‌ سن‌یابی به روش گرمالیانی را معرفی می‌‌کند.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dating
  • Dose rate
  • Equivalent dose
  • Thermoluminescence
فیزیک زمین و فضا
دوره 38، شماره 1 - شماره پیاپی 886676
مجله فیزیک زمین و فضا
اردیبهشت 1391
صفحه 41-50

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار