English Title: Electron-Spin-Resonance-Dating of quartz : fundamentals, systematics and applications including thermoluminescence.

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Abstract

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Methodik und Anwendung der Elektronen-Spin-Resonanz-Datierung an Quarzen. Zu den ESR-Pulverspektren wurden Simulationen durchgeführt, die eine weitestgehende Zuordnung der einzelnen Komponenten eines Pulverspektrums zu bestimmten Gitterdefekten ermöglichen. Die Fremdatomzentren Germanium und Titan weisen bei Bestrahlung eine überlagerung von Produktion und Reduktion auf, welche näherungsweise quantitativ beschrieben werden konnte. Die Dosisaufbaukurve des Fremdatomzentrums Aluminium weicht bei hohen Dosen vom Modell eines einfach exponentiell sättigenden Wachstums ab und lässt sich über den untersuchten Dosisbereich durch die Summe von zwei exponentiellen Sättigungsfunktionen beschreiben. Vergleichende ESR- und Thermolumineszenz (TL)-Untersuchungen an Quarzen geben Hinweise darauf, dass das Al-Zentrum das Rekombinationszentrum für die blaue (470-500 nm) Emission in der Lumineszenz sein kann, während die Elektronenfalle kein bekanntes ESR-Zentrum darstellt. Angewandt wurde die ESR-Methode zur Datierung junger Vulkanite aus dem Vulkanfeld der Eifel und des Egergrabens, Tschechei. ESR-Alter an Quarz-Xenolithen der Eifel zeigen eine gute übereinstimmung mit unabhängigen Altern bis 500 ka. Bei einer Lokation des Egergrabens zeigt sich aber, dass die thermische Stabilität des Al-Zentrums signifikant von Probe zu Probe variieren kann. Für zwei Proben wurde eine Altersüberschätzung aufgrund unvollständiger Nullstellung festgestellt, und schwache oder nicht-existente E1'- und OHC-Signale werden als möglicher Nachweis einer vollständigen Nullstellung diskutiert.

Translation of abstract (English)

The thesis deals with the method and application of electron-spin-resonance-dating of quartz. ESR powder spectra simulations allow an assignment of the components of a powder spectrum to specific lattice defects. The paramagnetic Ge- and Ti-center display a superposition of production and reduction by irradiation, which could be approximately described. The dose-response-curve of the Al-center deviates from a single exponential saturation function at high doses and could be described by a sum of two exponential saturation function over the dose range studied. Comparative ESR- and thermoluminescence (TL)-studies of quartz indicate, that the Al-center may be the recombination center for the blue emission (470-500 nm), whereas the electron trap remains unknown. ESR-dating was applied to young volcanic rocks of the Eifel volcanic field, Germany, and of the Eger rift, Czech Republic. ESR-ages on xenolithic quartz of the Eifel volcanoes show good agreement with independent ages up to 500 ka. For one location of the Eger rift, however, ESR-ages also show that the thermal stability of the Al-center can vary significantly from sample to sample. Age overestimation due to incomplete resetting was found for two samples and weak or non-existent E1'- and OHC-signals are discussed as possible indicators of complete zeroing.