Vor 33 Jahren wurde erstmals die Methodik zur geologischen Altersdatierung mittels Optisch Stimulierter Lumineszenz (OSL) vorgestellt. „Das Prinzip der OSL Datierung beruht darauf, dass die in unseren Böden und Sedimenten häufigen Quarz- und Feldspatkörner wie kleine Batterien funktionieren und Energie speichern, die ihnen durch die natürliche Radioaktivität in ihrer Umwelt zugeführt wird“, erklärt Michael Meyer, Leiter des Lumineszenzlabors am Institut für Geologie der Uni Innsbruck. Je länger ein solches Sandkorn der natürlichen radioaktiven Strahlung ausgesetzt ist, desto mehr an ionisierender Energie wird innerhalb seines Kristallgitters absorbiert und langfristig in Form von Elektronen in metastabilen Fallen, welche – wenn optisch stimuliert – Licht erzeugen, gespeichert. Die Menge an „gespeichertem Licht“ ist proportional mit der natürlichen radioaktiven Bestrahlungszeit verknüpft und somit mit dem Alter des Sediments.
Der Trick besteht nun darin, die in den Mineralkörnern eingeschlossenen extrem schwachen Lichtsignale auszulesen. „Wir verwenden Dioden oder Laser um diese Quarz und Feldspatkörner optisch anzuregen und hochsensitiven Detektionseinheiten – photomultiplier tubes und EM-CCD Kameras – um die dabei entstehende natürliche Photolumineszenz der Minerale zu detektieren“, so Meyer. Und Meyer weiter: „Man kann sich diesen Vorgang wie einen chirurgisch-optischen Eingriff in das Kristallgitter der Mineralkörner vorstellen, wo mittels einer scharf definierten Wellenlänge – einem optischen Skalpell – Elektronen aus metastabilen Fallen im Kristallgitter entleert werden und das dabei generierte Licht gemessen wird, welches wir im Labor kalibrieren und in Sedimentalter umrechnen.“
Die Einsatzmöglichkeiten der OSL Datierung sind vielseitig, sind doch Quarz und Feldspat die häufigsten Minerale in der Erdkruste und somit fixer Bestandteil eines fast jeden Sedimentes oder archäologischen Ablagerung. Die Datierung von sehr jungen, wenige zehn Jahre alten Sedimenten bis zur Alterserfassung von mehr als einer halben Million Jahre alten Ablagerungen ist mittels der OSL Methodik möglich. Diese enorme Vielseitigkeit und Altersbandbreite und die Tatsache, dass mit OSL das Alter direkt am Sediment bestimmt wird, und nicht wie bei der 14C Datierung organische Überreste im Sediment eingeschlossen sein müssen, macht die OSL Datierung so schlagkräftig. Die Technik ist somit zu einem essentiellen geochronologischen Datierungswerkzeug herangereift und in der Paleoklima und Paleoumweltforschung sowie in der Archäologie kaum mehr wegzudenken. „Insbesondere in Innsbruck verfügen wir über erhebliche Expertise in der OSL Einzelkorndatierung, eine Weiterentwicklung der ‚klassischen‘ OSL Datierung, und sind federführend bei der Datierung von geologischen und archäologischen Archiven, beispielsweise in den Alpen, in Afrika und auf dem Tibetischen Hochplateau tätig“, erklärt Meyer.
Methodisch ist die Datierungstechnik mittels optisch stimulierter Lumineszenz anspruchsvoll und es gibt eine Reihe physikalischer, technischer und geologischer Aspekte, welche bei der Probennahme und Aufbereitung und insbesondere bei der Altersmessung und Datenanalyse zu beachten sind. Diese methodischen Fertigkeiten und Feinheiten an junge Geowissenschafter und Archäologen weiterzugeben ist das Ziel eines einwöchigen Intensivkurses gewesen, welcher von Michael Meyer und Luke Gliganic am Institut für Geologie abgehalten wurde. „Wir haben regen und internationalen Zulauf zu dieser Lehrveranstaltung aus den geologischen und archäologischen Wissenschaften erhalten“, so Luke Gliganic, der als FWF Meitner fellow im OSL Labor der LFUI arbeitet. „Es gibt international nur wenige Kurse, welche einen gründlichen Einblick in die Kunst der Optisch Stimulierten Lumineszenz Datierung verschaffen, und unsere Studenten waren von diesem Angebot begeistert. In diesem Sinne war diese Lehrveranstaltung ein großer Erfolg. Wir konnten nicht nur Interesse an der OSL Datierung in jungen Studenten schüren, sondern auch einen fundierten Einblick in ein sich dynamisch entwickelndes geochronologische Forschungsfeld vermitteln“, so Meyer.
(Michael Meyer)