1) วัสดุที่ได้รับความร้อนหรือความดัน

การประยุกต์ หลักการเปล่งแสง กับการหาอายุวัสดุที่ได้รับความร้อนหรือความดัน เช่น หินอัคนีหรือหินแปร หรือแม้กระทั่งโบราณวัตถุในทางโบราณคดี เริ่มต้นจากแร่เดิมนั้นมีการสะสมอิเล็กตรอนอยู่ตลอดเวลาด้วยอัตราที่คงที่ ตามอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติ ซึ่งหากแร่ได้รับความร้อนประมาณ 300-500 องศาเซลเซียส (Feathers, 2002) เช่น ลาวาที่กลายเป็นหินอัคนี หินเดิมที่ถูกแปรสภาพด้วยความดันและอุณหภูมิสูง แร่เดิมซึ่งเคยมีอิเล็กตรอนสะสมตัวอยู่จะถูกขับออกจากหลุมกักเก็บอิเล็กตรอนจนหมด

จากนั้นแร่จึงเริ่มต้นสะสมอิเล็กตรอนใหม่อีกครั้ง จนถึงวันที่นำตัวอย่างมาตรวจวัดจำนวนอิเล็กตรอนด้วยการตรวจวัดการเปล่งแสง จำนวนอิเล็กตรอนที่ได้จึงเทียบเคียงได้กับจำนวนอิเล็กตรอนที่สะสมตัว ตั้งแต่แร่นั้นได้รับความร้อนครั้งสุดท้ายจนถึงวันที่นำตัวอย่างแร่หรือหินนั้นมาตรวจวัดการเปล่งแสง ซึ่งในปัจจุบันนักวิจัยทั่วโลกพยายามประยุกต์ใช้วัสดุทั้งทางธรณีวิทยาและโบราณคดีประเภทต่างๆ มาเป็นตัวแทนหรือตัวอย่างในการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง ซึ่งผู้เขียนขอยกตัวอย่างบางส่วนที่นิยมใข้ ดังนี้

อายุการไหลหลากของลาวา

ลาวาไหลหลาก (lava flow) เป็นภัยพิบัติจากการปะทุของภูเขาไฟ โดยปกติการไหลหลากของลาวา มักจะเกิดจาก แมกมาบะซอลต์ (basaltic magma) ซึ่งมีความหนืดต่ำหรือเหลวมากกว่าแมกมาชนิดอื่นๆ อย่าง แมกมาแอนดิไซต์ (andesitic magma) แมกมาไรโอไรท์ (rhyoritic magma) และด้วยความที่มีปริมาณความเข้มข้นของแร่ซิลิกาต่ำ (45-55%) หรือมีแร่ควอตซ์น้อย ทำให้การหาอายุชั้นลาวาหรือเทียบเท่ากับการหาอายุการปะทุของภูเขาไฟนั้น ไม่นิยมใช้แร่ควอตซ์มาเป็นแร่หลักในการสืบหาสัญญาณการเปล่งแสง ซึ่งปัจจุบันการหาอายุลาวาด้วยวิธีเปล่งแสงนิยมใช้แร่เฟลด์สปาร์ในการหาอายุ (Guerin และ Valladas, 1980)

ในทางทฤษฎีของการตรวจวัดสัญญาณเปล่งแสงของแร่เฟลด์สปาร์ มักพบปัญหาจากธรรมชาติของแร่ โดยเฟลด์สปาร์จะมีความสามารถในการกักเก็บอิเล็กตรอนและสัญญาณการเปล่งแสงได้ดีกว่าแร่ควอตซ์ (เช่น ตัวอย่างอายุเท่ากัน สัญญาณที่ตรวจวัดได้จากแร่เฟลด์สปาร์จะมีปริมาณมากและให้สัญญาณที่คมชัดกว่าแร่ควอตซ์)

อย่างไรก็ตาม ในสภาวะแวดล้อมปกติบนโลก อิเล็กตรอนที่มีอยู่แร่เฟลด์สปาร์ก็สามารถสูญเสียไปได้ง่ายแม้อยู่ในสภาวะปกติ โดยจากงานวิจัยในอดีตพบว่า แร่ควอตซ์สามารถเก็บสัญญาณการเปล่งแสงในสภาวะอุณหภูมิห้องได้ถึง 2 ปี ในเฟลด์สปาร์สัญญาณจะสูญหายไปภายในระยะเวลา 15-30 วัน เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า anomalous fading ดังนั้นในการใช้แร่เฟลด์สปาร์ในการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง ควรทำอย่างรวดเร็วนับตั้งแต่เก็บตัวอย่างมาจนกระทั่งตรวจวัดสัญญาณการเปล่งแสง

อายุการปะทุจากเถ้าภูเขาไฟ

เถ้าหล่น (ash fall) หรือ เทฟ่า (tepha) เกิดจากการปะทุของภูเขาไฟแบบ พลิเนียน หรือ วัลเคเนียน ของแมกมาไรโอไรต์ ทำให้ฝุ่นฟุ้งกระจายเป็นบริเวณกว้าง เช่น การปะทุของภูเขาไฟพินาตูโบ พ.ศ. 2534 เกิดเมฆของเถ้าภูเขาไฟครอบคลุมพื้นที่ 400 ตารางกิโลเมตร โดยผลกระทบที่เกิดจากเถ้าหล่น ได้แก่ หากเถ้าสะสมบนหลังคาในปริมาณมาก น้ำหนักของเถ้าอาจทำให้โครงสร้างถล่มได้ หากเถ้าหล่นในพื้นที่การเกษตรก็ทำให้ผลผลิตทางการเกษตรเสียหาย

เถ้าภูเขาไฟ (volcanic tephra) จะมีองค์ประกอบคล้ายแก้วหรือแร่ควอตซ์จำนวนมาก ทำให้สามารถหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสงได้ดี ซึ่งนิยมใช้เป็นตัวอย่างในการหาอายุชั้นเถ้าหรืออายุของการปะทุของภูเขาไฟ และจากงานวิจัยในอดีตพบว่าสามารถหาอายุตัวอย่างได้อย่างมีประสิทธิภาพกับอายุในช่วง 100-400,000 ปี ซึ่งขนาดของเถ้าที่นิยมใช้ในการหาอายุคือประมาณ 4-11 ไมโครเมตร และต้องใช้เทคนิคพิเศษในการเตรียมตัวอย่างที่เฉพาะเนื่องจากเถ้ามีขนาดเล็ก (Berger, 1991)

กรณีศึกษาของการหาอายุเถ้าภูเขาไฟได้แก่การหาอายุเถ้าภูเขาไฟจาก ชั้นเถ้าภูเขาไฟมาซามา (Mazama Ash) ซึ่งเป็นชั้นเถ้าที่โด่งดังและใช้อ้างอิง (key bed) ในการศึกษาด้านธรณีวิทยาอายุอ่อนในแถบทวีปอเมริกาเหนือตอนเหนือ รวมไปถึงรัฐโอเรกอน โดยผลการหาอายุพบว่าชั้นเถ้าดังกล่าวมีอายุประมาณ 7,600 ปีก่อน (Berger และ Huntley, 1994)

อายุแหล่งโบราณคดีจากอิฐโบราณสถาน

การหาอายุอิฐด้วยวิธีเปล่งแสง คือการหาอายุนับตั้งแต่อิฐก้อนนั้นถูกเผาครั้งสุดท้าย ซึ่งในทางโบราณคดีเทียบเคียงได้กับอายุของโบราณสถานนั้นๆ มีข้อดีในแง่ของปริมาณอิฐแต่ละก้อนนั้นเพียพอต่อการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง ต่างจากโบราณวัตถุอื่นๆ เช่น เศษถ้วยชามถ้วยชามหรือหม้อ ซึ่งต้องใช้เศษหม้อหลายๆ ชิ้นมาใช้ในการการประเมิน ซึ่งเสี่ยงต่อการปนหรือผสมของหม้อหลายๆ ช่วงอายุ การประเมินในกรณีที่พื้นที่ศึกษานั้นมีหลายวัฒนธรรม หลายชุมชน

ส่วนข้อด้อยของการใช้อิฐมาหาอายุคือ เนื่องจากอิฐมีปริมาตรหรือรูปทรงที่หนาเมื่อเทียบกับหม้อเผาไฟ ดังนั้นอิฐจึงมีโอกาสทีจะไม่โดนเผาไฟทั่วทั้งก้อน โดยด้านในของเนื้ออิฐอาจจะไม่ได้รับความร้อนอย่างเต็มที่เหมือนด้านนอก ดังที่เคยเกิดขึ้นมาแล้วในการหาอายุ แหล่งโบราณคดีบ้านทุ่งตึก อำเภอคุระบุรี จังหวัดพังงา แสดงให้เห็นว่าอิฐที่มีลักษณะของการเผาไม่ทั่วถึงนั้นทำให้ค่าอายุที่ได้นั้นแก่กว่าความเป็นจริง เมื่อเทียบกับค่าอายุทีได้จากอิฐก้อนอื่นๆ หรือค่าอายุที่ได้จากวิธีคาร์บอน-14 หรือการเทียบเคียงจากโบราณวัตถุที่พบ

ซึ่งเพื่อหลีกเลี่ยงข้อด้อยเหล่านี้ การหาอายุอิฐด้วยวิธีเปล่งแสงควรแยกส่วนตัวอย่างในอิฐแต่ละก้อนให้เหมาะสมกับแต่ละกระบวนการในการการประเมินค่าอายุ โดยส่วนนอกสุดพื้นผิวของก้อนอิฐนั้นควรจะกำจัดทิ้งไป เพราะในระหว่างการขนย้ายตัวอย่างหรือในกรณีที่อิฐก้อนนั้นสัมผัสกับแสงแดดอยู่แล้วก่อนที่เราจะนำมาหาอายุ และเพื่อป้องกันเศษดินที่ไม่ใช่เนื้อเดียวกับอิฐนั้นปนเปื้อนมากับอิฐ หลังจากนั้นควรเลือกใช้ส่วนนอกสุดเราของก้อนอิฐเพื่อนำไปใช้ในการการประเมินค่า ปริมาณรังสีที่มีอยู่ในตัวอย่าง (equivalent dose, ED) ส่วนด้านในของอิฐนำไปการประเมินค่ าปริมาณธาตุกัมมันตรังสีเพื่อใช้ในการการประเมิน อัตราการแผ่รังสีต่อปี (annual dose, AD)

2) ตะกอนดินที่ผ่านการอาบแดด

ส่วนในกรณีการหาอายุการสะสมตัวของตะกอน จะมีข้อแตกต่างเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับการหาอายุแร่หรือวัสดุที่ได้รับความร้อน โดยกระบวนการเริ่มต้นจากหินหรือตะกอนเดิมมีการสะสมตัวของอิเล็กตรอน จนกระทั่งหินหรือตะกอนเหล่านั้นถูกปัจจัยทางธรณีวิทยาต่างๆ เช่น น้ำ ลม ฯลฯ กัดกร่อนและเกิดการผุพัง (weathering) เป็นเม็ดตะกอน

จากนั้นตะกอนเกิดการพัดพา (transportation) จากแหล่งกำเนิดตะกอนลงสู่แหล่งสะสมตะกอน ซึ่งในระหว่างช่วงเวลาของการพัดพา อิเล็กตรอนจะถูกผลักออกจากหลุมกักเก็บเนื่องจากเม็ดตะกอนสัมผัสกับแสงอาทิตย์ และเริ่มต้นสะสมจำนวนอิเล็กตรอนใหม่อีกครั้ง โดยมีเม็ดตะกอนชั้นบนที่ปิดทับเป็นตัวป้องกันแสงอาทิตย์ ดังนั้นเมื่อนำตัวอย่างตะกอนมาวิเคราะห์การเปล่งแสง จำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในผลึกแร่ของตะกอนจึงเทียบเคียงได้กับจำนวนอิเล็กตรอนที่สะสมตัวตั้งแต่แร่หรือตะกอนเม็ดนั้นสะสมตัวในครั้งสุดท้าย จนถึงวันที่นำตัวอย่างแร่หรือหินนั้นมาตรวจวัดการเปล่งแสง

จากรูปจะเห็นได้ว่า โดยธรรมชาติแสงแดดที่อาบแร่นั้นไม่สามารถที่จะลบล้างสัญญาณการเปล่งแสงได้ทั้งหมด ซึ่งในช่วงแรกขอบการอาบแดด สัญญาณการเปล่งแสงจะลดทอนอย่างรวดเร็วและจากนั้นความสามารถในการลดทอนของสัญญาณนั้นจะต่ำลงเรื่อยๆ จนถึงระดับหนึ่ง สัญญาณจะไม่สามารถลดทอนได้อีกแม้ว่าตัวอย่างจะยังสัมผัสกับแสงแดดอยู่ โดยสัญญาณที่เหลืออยู่เรียกว่า ค่าคงเหลือ (residual, Io) ซึ่งจะแตกต่างกับการได้รับความร้อน

ดังนั้นก่อนที่จะเลือกตัวอย่างตะกอนเพื่อนำมาหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง นักวิจัยจำเป็นต้องแปลความทาง ตะกอนวิทยา (sedimentology) ว่าตะกอนนั้นได้รับการอาบบแดดอย่างเพียพอหรือไม่ ซึ่งปกติต้องคาดการณ์ได้ว่าในอดีตก่อนการสะสมตัว ตะกอนเหล่านั้นน่าจะได้รับการอาบแดดไม่น้อยกว่า 4-8 ชั่วโมงเป็นอย่างน้อย (Pailoplee, 2005) ตัวอย่างตะกอนดังกล่าวจึงจะมีความเหมาะสมในการนำมาหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง โดยปัจจุบันจากงานวิจัยในอดีตพบว่า ตัวอย่างตะกอนจากหลากหลาย สภาพแวดล้อมการสะสมตัวของตะกอน ที่ประสบความสำเร็จในการนำมาหาอายุการสะสมตัวด้วยวิธีเปล่งแสง ซึ่งสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมมีตัวอย่าง ดังนี้

เนินตะกอนรูปพัด และ ตะกอนเชิงเขา

ตะกอนน้ำพา (alluvial) เป็นการสะสมตัวของตะกอนในบริเวณที่มีการเปลี่ยนสภาพแวดล้อมการพัดพาตะกอนจากร่องน้ำในหุบเขาสู่ที่ราบ ทำให้น้ำซึ่งเคยไหลเร็วอยู่ในร่องแคบๆ แผ่ซ่านและลดความเร็วลงอย่างรวดเร็ว ตะกอนตกทับถมบริเวณปลายร่องเขาแผ่กระจายทุกทิศทางในที่ราบคล้ายกับพัด เรียก เนินตะกอนรูปพัด (alluvial fan) โดยตะกอนที่ตกทับถมในช่วงต้นของเนินตะกอนรูปพัดจะมีขนาดใหญ่และมีการคัดขนาดแย่ (หลากหลายขนาดคละเคล้ากัน) แต่จะมีขนาดเล็กลงและคัดขนาดดีขึ้นบริเวณปลายเนินตะกอนรูปพัด

ในกรณีของ เนินตะกอนรูปพัด (alluvial fan) หรือ ตะกอนเชิงเขา (colluvium) ส่วนที่มีการอาบแแดเพียพอต่อการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง คือ ตะกอนส่วนปลายของเนินตะกอนรูปพัด หรือ ส่วนบนของลิ่มตะกอนเชิงเขา (colluvial wedge) (Forman และคณะ, 1991) ดังนั้นในการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสงกับสภาพแวดล้อมการสะสมตัวดังกล่าว จึงควรระวังเกี่ยวกับการคัดเลือกตัวอย่างที่เหมาะสมในการนำมาหาอายุ เพราะหากเก็บตัวอย่างส่วนต้นของเนินตะกอนรูปพัด หรือส่วนล่างของลิ่มตะกอนเชิงเขา จะทำให้ได้อายุที่แก่กว่าความเป็นจริง หรือเป็นอายุของหินเดิมที่ผุพังมาเป็นตะกอนดังกล่าว

ตะกอนทะเลสาบ

ทะเลสาบ (lake หรือ lacustrine) เนื่องจากทะเลสาบมีระดับพลังงานในการพัดพาต่ำ ลมเอื่อย กระแสน้ำนิ่ง ตะกอนโดยส่วนใหญ่ที่ตกทับถมจึงมีขนาดเล็ก เช่น ทราย ดินหรือโคลน และเนื่องจากระดับพลังงานของการพัดพาคงที่ จึงมีการคัดขนาดดีมาก

ในแง่ของการหาอายุด้วยวิธีการเปลี่ยนแสง นักหาอายุเชื่อว่าตะกอนที่สะสมในทะเลสาบนั้นสามารถหาอายุโดยวิธีการแต่งแสงได้ ทั้งนี้ก็เพราะทะเลสาบมีน้ำนิ่ง แสงอาทิตย์จึงสามารถส่องทะลุผ่านน้ำลงไปถึงตะกอนที่สะสมตัวด้านล่าง และสามารถลบล้างสัญญาณเก่าของดินเดิมได้ อย่างไรก็ตามเนื่องจากตะกอนในทะเลสาบมีขนาดเล็ก และส่วนใหญ่เป็นแร่เฟลด์สปาร์ หรืออาจแร่ควอตซ์บ้างเล็กน้อย การหาอายุโดยวิธีแปลงแสงกับตะกอนทะเลสาบจึงนิยมใช้กับแร่เฟลด์สปาร์เป็นหลัก ส่วนในกรณีที่ใช้แร่ควอตซ์ในการหาอายุ ก็ต้องใช้สมการความสัมพันธ์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์สอดคล้องกับตะกอนขนาดเล็ก ซึ่งแตกต่างจากการหาอายุของทรายตามชายหาดหรือทรายตามลำน้ำทั่วไป

ตะกอนธารน้ำ

ตะกอนธารน้ำ (fluvial) เป็นการสะสมตัวของตะกอนในตำแหน่งต่างๆ ตามธารน้ำ เช่น ร่องน้ำ (channel) โดยส่วนใหญ่เป็นแหล่งสะสมตัวของกรวดมน (gravel) เนินทรายริมตลิ่ง (point bar) และ ทะเลสาบรูปแอก (oxbow lake) ซึ่งเป็นเนินทรายริมตลิ่งเดิม เป็นแหล่งสะสมตะกอนขนาดทราย (sand) ในขณะที่ ที่ราบน้ำท่วมถึง (flood plain) และ คันดินธรรมชาติ (natural levee) เป็นแหล่งสะสมตัวของตะกอนทรายแป้ง (silt) หรือดิน (clay)

ในการหาอายุการสะสมตัวของตะกอนด้วยวิธีเปล่งแสงในกรณีของตะกอนธารน้ำ โดยหลักการแล้วแร่เฟลด์สปาร์มีโอกาสลดทอนสัญญาณด้วยแสงได้ดีกว่าแร่คอวตซ์ ดังนั้นในการหาอายุตะกอนตามธารน้ำด้วยวิธีเปล่งแสงจึงควรใช้แร่เฟลด์สปาร์มากกว่า แต่หากยืนยันได้ว่าแร่คอวตซ์ถูกพัดพาในน้ำตื้นหรือใกล้ผิวน้ำพอให้แสงแดดส่องถึงเช่นบริเวณ เนินทรายริมตลิ่ง (point bar) หรือเป็นแม่น้ำที่ใส แร่คอวตซ์ก็สามารถใช้หาอายุได้ หรือในกรณีของการหาอายุ ที่ราบน้ำท่วมถึง (flood plain) และ คันดินธรรมชาติ (natural levee) ก็ใช้ได้ดีเช่นกัน (Larson และ McKeever, 2002) แต่ควรมีการพิจารณาถึงความเป็นไปได้ที่ตะกอนนั้นถูกอาบแดดเพียพอหรือไม่ในแต่ละกรณีไป เช่น เป็นต้นน้ำ กลางน้ำ หรือปลายน้ำ เป็นต้น

ทรายทะเล

ทรายทะเล (marine sand) หรือ ทรายบริเวณชายหาด เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งที่สามารถนำมาหาอายุการสะสมตัวของตะกอนโดยวิธีการเปล่งแสงได้อย่างดีเยี่ยม ทั้งนี้ก็เพราะค่อนข้างจะชัดเจนว่าก่อนที่จะมีการสะสมตัวเม็ดทรายแต่ละเม็ดได้รับแสงจากดวงอาทิตย์อย่างยาวนาน และเพียงพอที่จะลบล้างสัญญาณการเปล่งแสงออกจนหมด นอกจากนี้เนื่องจากบริเวณหาดทรายส่วนใหญ่เป็นแร่ควอตซ์ ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาในการเก็บและเตรียมตัวอย่าง ดังนั้นโดยสรุปทรายบริเวณชายหาดถือเป็นตัวอย่างที่ดีมากในการหาอายุด้วยวิธีนี้

โดยหลักการการหาอายุโดยวิธีการเปล่งแสง ความเค็ม จากน้ำทะเล และ ความรุนแรงจากกระแสคลื่น ไม่มีผลต่อการสะสมสัญญาณการเปล่งแสงและการหาอายุ

ตะกอนลมหอบ

ดินลมหอบ (leoss) รวมถึง เนินทรายลมหอบ (dune) เป็นตะกอนที่เหมาะในการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสงมากที่สุด โดยเฉพาะกับตะกอนแร่ควอตซ์และแร่เฟลด์สปาร์ที่มีขนาดละเอียด ปัจจุบันพบว่าตะกอนขนาดกลาง (43-54 ไมโครเมตร) ใช้ได้ดีโดยเฉพาะกับการใช้อินฟาเรดในการกระตุ้น (Li และ Wintle, 1992) ความน่าเชื่อถือของอายุการะสะสมตัวของดินลมหอบที่หาจากวิธีเปล่งแสงนั้นอยู่ในช่วง 100,000-200,000 ปี ซึ่งมีความน่าเชื่อถือมาก (Waters และคณะ, 1997; Stokes และคณะ, 1997)

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth