发光定年（包括热释光和光激发光）是一种定年方法，用于测量某些岩石类型和衍生土壤中储存的能量发出的光量，以获得过去发生的特定事件的绝对日期。该方法是一种直接测年技术，意味着发射的能量量是被测量事件的直接结果。更好的是，与放射性碳年代测定不同，发光年代测定的效果随时间而增加。因此，虽然其他因素可能会限制该方法的可行性，但该方法本身的敏感性没有设定日期上限。

发光测年法的工作原理

考古学家使用两种形式的发光测年来确定过去事件的日期：热发光（TL）或热激发光（TSL），用于测量物体暴露在400至500°C温度下后发出的能量；以及光学受激发光（OSL），它测量物体暴露在日光下后发出的能量。

简单地说，某些矿物（石英、长石和方解石）以已知的速率储存来自太阳的能量。这种能量存在于矿物晶体的不完美晶格中。加热这些晶体（比如烧制陶器或加热岩石时）会耗尽储存的能量，之后矿物又开始吸收能量。

热释光定年是将储存在晶体中的能量与“应该”存在的能量进行比较，从而得出最后一次加热的日期。同样，OSL（光激发光）测年或多或少地测量了物体最后一次暴露在阳光下的时间。发光测年法适用于几百年到（至少）几十万年之间，因此比碳测年法有用得多。

发光的意义

发光一词是指石英和长石等矿物在受到某种电离辐射后以光的形式发出的能量。矿物，事实上，地球上的所有东西都暴露在宇宙辐射下：发光测年利用了这样一个事实，即某些矿物在特定条件下收集和释放辐射能量。

考古学家使用两种形式的发光测年来确定过去事件的日期：热发光（TL）或热激发光（TSL），用于测量物体暴露在400至500°C温度下后发出的能量；以及光学受激发光（OSL），它测量物体暴露在日光下后发出的能量。

结晶岩类型和土壤从宇宙铀、钍和钾-40的放射性衰变中收集能量。来自这些物质的电子被困在矿物的晶体结构中，随着时间的推移，岩石继续暴露在这些元素中，导致基质中捕获的电子数量可预测地增加。但是，当岩石暴露在足够高的热量或光线下时，这种暴露会导致矿物晶格中的振动，并释放被捕获的电子。放射性元素的暴露仍在继续，矿物开始在其结构中再次储存自由电子。如果你能测量储存能量的获取速率，你就能计算出自暴露发生以来有多长时间了。

地质来源的材料自形成以来将吸收大量的辐射，因此，任何人为暴露在热或光下都将比仅记录事件发生后储存的能量的情况更晚地重置发光时钟。

储能测量

你测量一个物体中储存的能量的方法是，你期望它在过去暴露在热或光下，再次刺激该物体并测量释放的能量。刺激晶体释放的能量以光（发光）表示。当物体受到刺激时产生的蓝光、绿光或红外光的强度与储存在矿物结构中的电子数量成正比，反过来，这些光单位被转换为剂量单位。

学者们用来确定最后一次接触发生日期的方程式通常为：

• 年龄=总发光/年发光采集率，或
• 年龄=古剂量（De）/年剂量（DT）

式中，De是实验室β剂量，该剂量在自然样品发射的样品中诱导相同的发光强度，DT是由自然放射性元素衰变过程中产生的若干辐射成分组成的年剂量率。

可数据化事件和对象

使用这些方法可以确定年代的文物包括陶瓷、烧制的石器、烧制的砖块和火炉中的土壤（TL）以及暴露在光线下然后掩埋的未烧制的石头表面（OSL）。

• 陶器：在陶器碎片中测量的最新加热被认为代表了制造事件；信号来自粘土中的石英或长石或其他回火添加剂。虽然陶瓷器皿在烹饪过程中会暴露在高温下，但烹饪的温度永远不足以重置发光时钟。TL测年用于确定印度河流域文明职业的年龄，由于当地气候的原因，这些职业被证明对放射性碳测年具有抵抗力。发光还可用于确定原始燃烧温度。
• 石器：燧石和燧石等原材料已通过热释光测定年代；火炉中的火裂岩石只要烧到足够高的温度，也可以用热释光测定其年代。复位机构主要是加热的，其工作原理是假设原材料在石器制造过程中经过热处理。然而，热处理通常涉及300至400°C之间的温度，并不总是足够高。在有缺口的石头制品上使用TL日期最成功的方法可能是将其放入壁炉中意外烧制。
• 建筑物和墙壁的表面：使用光激发光测定了考古遗址立墙的埋件年代；导出的日期提供了地表的埋藏年龄。换言之，在建筑物的基础壁上的OSL日期是在建筑物被用作初始层之前基础暴露于光的最后一次，因此当建筑物首次被建造时。
• 其他：一些成功的年代测定工具，如骨工具、砖、灰泥、土堆和农业梯田。早期金属生产留下的古代熔渣也已使用热释光法测定年代，以及窑炉碎片或熔炉和坩埚玻璃化内衬的绝对年代测定。

地质学家已经使用OSL和TL建立了长时间的地貌日志年表；发光测年是一个强有力的工具，有助于确定可追溯到第四纪和更早时期的情绪。

科学史

1663年，罗伯特·博伊尔（Robert Boyle）向英国皇家学会（Royal Society）（Royal Society of Britain）提交了一份论文，其中首次明确描述了热释光，他在一颗加热至体温的钻石中描述了这种效应。化学家法林顿·丹尼尔斯（Farrington Daniels）在20世纪50年代首次提出了利用储存在矿物或陶器样品中的铊的可能性。在20世纪60年代和70年代，牛津大学考古和艺术史研究实验室率先开发了TL作为考古材料年代测定方法。

来源

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