English Title: The dating of stone surfaces using optically stimulated luminescence

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Abstract

Die letzte Belichtung von Gesteinsoberflächen birgt ein großes Informationspotential für archäologische und geologische Untersuchungen, das bisher von keiner chronometrischen Datierungsmethode ausgeschöpft werden kann. Aufgrund des betrachteten Systems liegt es nahe, eine Altersbestimmung mittels optisch stimulierter Lumineszenz (OSL) an den in vielen Festgesteinen vorhandenen Mineralen Quarz und Feldspat durchzuführen. Jedoch ist für Oberflächen die sonst übliche Vorgehensweise nicht durchführbar, welche zur Beherrschung der – in natürlichen Proben unvermeidbaren – Gradienten in den für eine OSL-Datierung wichtigen Messgrößen dient. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit ein neuer Ansatz entwickelt, der eine geeignete Probennahme für Oberflächenproben, den hochaufgelösten (25 µm), quantitativen Nachweis optisch stimulierter Lumineszenzsignale durch Abbildung auf einen CCD-Baustein (HR-OSL) und ein Softwareprogramm zur Analyse umfasst. Dies ermöglicht, den Messbereich in der Fläche so weit zu verkleinern, dass innerhalb der betrachteten Gebiete die Gradienten vernachlässigbar werden. So konnten erstmals erfolgreich ortsaufgelöste Datierungen an Gesteinsoberflächen der Burg Lindenfels im Odenwald (12. Jh. n. Chr.) und an den präkolumbischen Erdzeichnungen von Palpa/Peru (200 v. Chr. – 600 n. Chr.) durchgeführt werden. Des Weiteren wurde die Eignung der Methode für neuartige Grundlagenuntersuchungen und die Anwendbarkeit für die Datierung keramischer Artefakte nachgewiesen. Da die abbildende Technik aber keine Diskriminierung von OSL-Signalen in der Tiefendimension erlaubt, wurde ein konfokales Rastermikroskop entwickelt, das den hochaufgelösten, spektralen Nachweis der OSL an definierten Volumina ermöglicht.

Translation of abstract (English)

Dating the last exposure of stone surfaces to light could provide valuable information to archaeology and geosciences. However, no known chronometric method is able to elucidate this information to date. In general, OSL is the method used to date problems associated with light and minerals. Yet, gradients of relevant parameters essential to OSL dating exist in all natural samples. Common techniques to control these gradients are not feasible for stone surfaces. This work presents a new approach which includes preparation of samples, highly resolved (up to 25 µm) detection of optically stimulated luminescence by imaging to a CCD chip, and a software solution for data analyses. In this way, the area of measurement can be reduced to a size where the gradients become insignificant. Using this method, spatially resolved dating was successfully performed on stone surfaces from the medieval castle of Lindenfels (Odenwald, 12th century AD), Germany, and from the geoglyphs of Palpa, Peru (200 BC – 600 AD). Furthermore, the suitability of the approach for new kinds of research on OSL and the applicability for dating pottery samples is shown. However, imaging does not provide direct discrimination between OSL signals at varying depths. To overcome this restriction, a confocal scanning microscope was built with the capability for high resolution recording of optically stimulated luminescence from a defined volume with added spectral information.