標題:
光螢光定年法
作者:
臺灣地形研究室
作者說明:
國立臺灣大學地理環境資源學系
內文:
我們常常在野外,看到一個地景,例如福隆沙丘,會希望知道沙丘的形成年代或堆積速率,光螢光定年法,是一個非常好的方法。

光螢光定年法是一種近年發展出來的定年方法。對於希望知道地形發生的年代而言,是一個非常有效的方法。
這個定年方法所量測的物質,是自然界沉積物中常見的石英或長石顆粒。這些量測石英及長石顆粒,在最後一次受到太陽光曝曬後迄今的埋藏時間。

相對於碳-14定年法,光螢光定年法不需經過年代校正,具有相對直接的優點。此方法可以廣泛地運用在量測缺乏有機碳的樣本,受到埋藏後迄今的時間,近三十年以來,具有相當蓬勃的技術發展。

光螢光的原理與放射性核素定年法利用同位素衰變過程,計算時間的原理不同。光螢光定年法的原理是當石英或長石晶體吸收能量時(如環境輻射,宇宙射線,人造輻射等),其晶格中一部分的電子獲得來自放射線的能量後,會進入能隙間的穩定位置(Electron traps)。當晶體被加熱達到一定溫度時,或被太陽光照射時,這些在穩定位置的電子,會釋放能量重新回到“自由”狀態,此過程中能量便以光的形式被釋放出來 (Rhodes, 2011)。簡言之,石英和長石的這項物理性質,即如同充電電池一般,在埋藏期間蓄積能量的過程,可視同對電池充電,而受到太陽光曝曬或是高溫影響而釋放光的過程則可視為電池放電。實際操作方法為量測樣品在受到埋藏之後,所蓄積的自然輻射當量 (Equivalent Dose,單位為戈雷Gy) 以及採樣點當地以年為時間單位的背景輻射當量(Dose rate, ,單位為戈雷/年)。接著再計算自然信號當量與背景輻射當量的比例(Equivalent Dose / Dose rate),便可求得樣本受到埋藏後迄今的時間。

光螢光定年法的應用範圍,受到石英及長石晶體蓄積能量的能力(即電池的最大電量)與背景輻射強度(即對電池充電的速度)所影響,目前量測石英的應用範圍約為10至20萬年,量測長石的應用範圍則較廣,可以達到約30萬年左右。
光螢光定年技術的另外一個優點,就是樣本的光螢光性質,在經過仔細分析後,可以提供研究地區有關地表過程的資訊。如判斷沙漠的沙來源、指示河流沉積物的搬運距離和水流堆積物的移動歷程等判斷。

參考文獻
Rhodes, E.J., 2011. Optically Stimulated Luminescence Dating of Sediments over the Past 200,000 Years. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 39, 461-488.