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Reducing empiricism in luminescence geochronology: Understanding the origins of luminescence from individual sand grains

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Nueva información sobre un misterio ancestral

Una técnica muy utilizada para datar yacimientos arqueológicos y geológicos sufre una discrepancia inexplicable en sus mediciones. El proyecto RELOS pretendía formular una metodología menos empírica.

Cambio climático y medio ambiente

La datación por luminiscencia se utiliza para estimar el tiempo transcurrido desde que los granos de un mineral como el cuarzo fueron expuestos a la luz del día por última vez. Es una técnica fundamental para la datación de yacimientos geológicos y arqueológicos, y puede datar material de hasta 500 000 años de antigüedad. Sin embargo, las mediciones contienen un grado de variabilidad, cuyas causas no se comprenden. El proyecto RELOS, que contó con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación, se propuso descubrir el origen de esta incertidumbre. Tal y como declara el coordinador del proyecto Jan-Pieter Buylaert: «Es una gran incógnita que creemos que hay que resolver. En los experimentos de laboratorio, incluso si damos exactamente la misma dosis de radiación a cada grano, seguimos viendo una dispersión inexplicable en la carga almacenada aparente». En la práctica, a menudo se utilizan justificaciones «a posteriori» por parte del profesional encargado para descartar o explicar resultados dispersos, lo cual impregna la datación por luminiscencia de cierto grado de subjetividad. Al identificar el origen de la dispersión, Buylaert y sus compañeros de la Universidad Técnica de Dinamarca esperaban dotar de más solidez al proceso.

Desintegración radiactiva

Cuando los granos minerales están enterrados, acumulan gradualmente energía por la exposición a la radiactividad natural de la matriz circundante. Esta energía se almacena como carga atrapada en los defectos de la estructura cristalina del mineral. Cuando los granos se exponen a una luz brillante, tanto en la naturaleza como en el laboratorio, la carga se libera, y la energía almacenada también lo hace en forma de fotones. Esta luminiscencia permite a los investigadores cuantificar el tiempo que los granos han estado enterrados. Uno de los supuestos fundamentales para calcular la tasa de almacenamiento de carga es que los granos permanecen eléctricamente neutros. Sin embargo, el proyecto RELOS descubrió que hay una acumulación importante de desequilibrios de carga, ya que algunos granos se cargan negativamente y otros positivamente. «Es la combinación del tamaño del grano y el alcance de la radiación lo que lo provoca —explica Buylaert—. Sin embargo, aunque pudimos ver este efecto empíricamente, no pudimos establecer la relación con la dispersión observada en las distribuciones de dosis naturales». Una segunda hipótesis sugería que el tamaño, la distribución y la geometría de los granos individuales afectan a la forma en que la energía absorbida por la radiación se distribuye entre los granos y, por tanto, a la velocidad a la que se acumula la carga en un grano mineral en comparación con otro. El equipo de Buylaert construyó modelos matemáticos complejos para dar cuenta de ello.

Datación de loess

En el transcurso del proyecto, Buylaert y sus compañeros también se propusieron desarrollar una curva de respuesta de la luminiscencia a la dosis en la naturaleza, midiendo los granos recuperados en el yacimiento terrestre de referencia del Cuaternario en la meseta china de Loess, donde el polvo se ha ido acumulando a un ritmo constante durante millones de años, y la edad de los diferentes estratos puede cotejarse utilizando señales como el paleomagnetismo (inversión de los polos) y los ciclos de Milankovitch. Por desgracia, resultó imposible. «Encontramos muchos metros de sedimento erosionado, saltos de edad en la sección de muchas decenas de miles de años. Esto significó que no pudimos desarrollar una curva de respuesta a la dosis en este sitio, pero pudimos relacionar estas brechas de edad con los fenómenos climáticos regionales y globales», añade Buylaert. Sus hallazgos se publicaron en «Nature Communications». Buylaert afirma que los modelos geométricos desarrollados en el marco del proyecto ayudarán a su nuevo proyecto sobre migración humana en Asia central: «El problema no desaparecerá, y aprovecharemos cualquier oportunidad que surja para reabrir nuestras investigaciones».

Palabras clave

RELOS, datación por luminiscencia, radiactivo, edad, mineral, arqueológico, radiación, carga, dispersión

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