释光测年原理及应用
引言
释光测年主要应用于晚第四纪以来的沉积物及陶片的年代测定，特别是沙漠、沙丘、黄土以及冰川、湖泊、河流、海洋沉积物，另外还有一些短暂曝光的冲积物、洪积物、崩积物等。释光测年的目标矿物是石英、长石等晶体矿物，这些矿物广泛分布在各种类型沉积物中，所以释光方法能解决晚第四纪研究中的年代问题。
图1 释光方法主要应用场景示意图 (据Rhodes et al., 2011改)
一、释光原理
晶体矿物在埋藏之前被日光长时间照射或被高温加热，其中的释光信号就会被晒退归零，被埋藏后将重新接受来自周围环境的电离辐射，释光信号就会重新累积，释光信号强度与所接受的环境剂量率和时间成正比。
环境剂量主要来自晶体矿物周围U、Th、K等放射性核素和宇宙射线。由于宇宙射线和放射性核素的辐射强度短期内（相对于其半衰期而言）不变，因此释光年代即为晶体矿物从上次加热/曝光事件后埋藏至今的时间。
其中通过加热激发释光信号叫热释光(Thermoluminescence, TL)，通过光激发释光信号叫光释光(Optically Stimulated Luminescence, OSL)。晶体矿物的释光年代可以简略地表示为：
释光年代(A)=等效剂量(De)/环境剂量率(D)
图2 释光测年原理示意图
二、释光测年条件
- 矿物在沉积埋藏时其中的释光信号归零；
- 矿物的释光信号在埋藏过程中不发生衰减；
- 矿物被埋藏后所处的地质环境稳定，没有经历二次曝光；
- 矿物所处的环境具有稳定的辐射场，环境剂量率为常量。
三、释光测年优势
- 释光测年范围在十几年到几十万年之间。具体的测年上限还取决于埋藏环境的剂量率，在剂量率比较小的地区，甚至可以测到百万年以上；
- 释光测年结果为绝对年代。释光年代为沉积物最后一次曝光后埋藏至今的年代；
- 释光测年的目标矿物为石英、长石等晶体矿物。这些矿物在地层中含量丰富，不会出现缺乏测年矿物的情况；
- 释光测年结果遵循统计学原理。基于足够样本量的测试结果，可以反应出沉积环境的地质意义(例如识别出同一地层中不同来源的沉积物)。
参考文献
- Aitken M J. Thermoluminescence Dating[M]. London: Academic Press INC., 1985.
- Aitken M J. An Introduction to Optical Dating: The dating of Quaternary sediments by the use of Photon-stimulated Luminescence[M]. Oxford University Press Inc., 1998.
- Murray A S. Environmental radioactivity studies relevant to thermoluminescence dating[D]. University of Oxford, 1981.
- Prescott J R, Hutton J T. Cosmic ray contributions to dose rates for luminescence and ESR dating: Large depths and long-term time variations[J]. Radiation Measurements, 1994, 23(2-3):497–500.
- Rhodes E J. Optically Stimulated Luminescence Dating of Sediments over the Past 200,000 Years[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2011, 39(1):461–488.
- Rittenour T M. Luminescence dating of fluvial deposits: applications to geomorphic, palaeoseismic and archaeological research[J]. Boreas, 2008, 37(4):613–635.
- Wintle A G, Adamiec G. Optically stimulated luminescence signals from quartz: A review[J]. Radiation Measurements, 2017, 98(17):10–33.
