La datación por termoluminiscencia es un método de datación absoluta empleado en arqueología para determinar la edad de elementos que hayan sido sometidos a calentamiento, como hogares o cerámicas.^[1]​ También puede utilizarse para datar sedimentos eólicos, fluviales, marinos, costeros, rocas volcánicas y carbonato cálcico precipitado en cuevas.^{[nota 1]}​^[2]​^[3]​ Se basa en las alteraciones que provocan las radiaciones ionizantes (radiación cósmica y radiactividad del entorno) en las estructuras cristalinas de los minerales, aumentando la termoluminiscencia de estos con el tiempo de exposición a la radiación.^[4]​ Existen varias formas de realizar este tipo de datación, destacan: técnica de «pre-dosis», de «grano fino» y de las «inclusiones».^[5]​

Para poder emplear este ensayo es necesario que el elemento que va a ser datado (cerámica, piedra de horno...) contenga minerales termoluminiscentes (normalmente cuarzo) y que se haya visto sometido a una temperatura superior a 500 °C.^[6]​^{[nota 2]}​ En el caso de los sedimentos, estos han debido estar expuestos durante cierto tiempo a la luz del sol.^[8]​ Las muestras analizadas deben tener una antigüedad de entre 1.000 y 500 000 años.^[9]​

La termoluminiscencia es la emisión de luz por parte de ciertos minerales o sustancias cristalinas cuando son calentados.^[10]​ Esta emisión no debe confundirse con la producida por la incandescencia. Para que se produzca este fenómeno se deben de cumplir tres requisitos:^[11]​

• para que un material sea termoluminiscente ha debido recibir radiación durante un periodo de tiempo;
• debe de ser un material aislante o semiconductor;
• hay que calentar el material.

La radiación ionizante provoca al incidir sobre un material que los electrones y los huecos pueden quedar atrapados en imperfecciones de la red cristalina (trampas), entre la banda de conducción y la banda de valencia.^[1]​ Cuanto mayor es el tiempo de exposición a la radiación, mayor es el número de electrones y huecos que pueden quedar atrapados en las trampas.^[1]​ Al calentar el material o con la exposición a luz estimulante, los electrones y los huecos se «liberan», volviendo a su estado natural y deshaciéndose del exceso de energía que habían adquirido, emitiendo fotones.^[12]​^[13]​

Se puede representar en una gráfica la variación de la intensidad de la luz emitida por un material con la temperatura a la que se ve sometido, denominada curva de brillo (Glow curve).^[14]​

La fluorita, el apatito o la calcita son ejemplos de minerales termoluminiscentes.^[15]​

La datación por termoluminiscencia parte de la base de que todo cuerpo que ha sido sometido a una determinada temperatura o que ha recibido luz solar pierde su termoluminiscencia al haber «liberado» a los electrones de las trampas. Dichas trampas volverán a albergar a electrones a medida que reciba de nuevo radiación.^[1]​ Luego, la edad en años de un objeto que ha sido calentado (cerámica, por ejemplo) será igual a la cantidad de radiación absorbida por el objeto desde su horneado dividida por la cantidad de radiación que recibe al año:^[4]​^[16]​

${\displaystyle a=P(Gy)/D(Gy/a)}$

Donde:

${\displaystyle a}$ es la edad en años.

${\displaystyle P(Gy)}$ es la radiación absorbida en grays desde el calentamiento o exposición a la luz (paleodosis).

${\displaystyle D(Gy/a)}$ es la radiación absorbida en un año (dosis anual).

La dosis absorbida proviene de dos fuentes, interna y externa.

La dosis de radiación interna se corresponde con emisiones de partículas alfa, partículas beta y rayos gamma procedentes del uranio (U), torio (Th), potasio (K) y rubidio (Rb) radiactivos presentes en el elemento que se quiere datar.^[4]​

La dosis externa proviene de los rayos cósmicos y de los núcleos radiactivos presentes en el sedimento. Debido a que las partículas alfa y beta tienen poca capacidad de penetración, a la muestra que se va a datar se le puede eliminar 2 mm de su superficie, por lo que solo hay que tener en cuenta a los rayos gamma.^[4]​ Se asume que la dosis suministrada por los rayos cósmicos es constante.^[4]​

Se puede concluir que:

${\displaystyle D(Gy/a)=Di+(Drc+Drg)}$

Donde:

${\displaystyle D(Gy/a)}$ es la radiación absorbida en un año (dosis anual).

${\displaystyle Di}$ es la dosis interna.

${\displaystyle Drc}$ es la dosis externa recibida por rayos cósmicos.

${\displaystyle Drg}$ es la dosis externa recibida por rayos gamma.

Para la medición de las dosis interna y externa se pueden utilizar dosímetros.^[17]​

Para el cálculo de la paleodosis se ha de calentar a una tasa constante el material a estudiar para luego medir la luz emitida con un fotomultiplicador, con lo que se obtendrá una curva de brillo.^[18]​ Para hallar la paleodosis se pueden emplear varios métodos:^[8]​

• Método de la adición de dosis: se divide la muestra en varias partes; en una de ellas se mide la termoluminiscencia natural y en el resto se realizan mediciones de la termoluminiscencia después de someterlas a distintas dosis de radiación en el laboratorio. Después se dibuja una curva que una todos los valores obtenidos y se continua hasta el eje donde se representa la dosis, obteniendo la paleodosis.^[19]​
• Método regenerativo: se separan varias fracciones de la muestra para medir su termoluminiscencia. Una vez medida, se las irradia con distintas dosis para volver a medir su termoluminiscencia, obteniendo una curva. Se compara el valor de luminiscencia natural con el mismo valor presente en la curva y obtenemos la paleodosis.^[8]​
• Método del blanqueado parcial: se dibujan dos curvas; una de ellas resultado de aplicar el método de la adición y otra con fracciones de muestras que han sido parcialmente «blanqueadas», es decir, que se les ha expuesto a una luz para conseguir que pierdan parte de su luminiscencia original. El punto donde las dos curvas se cruzan nos van a definir la paleodosis.^[8]​

Los métodos más empleados son el grano fino, las inclusiones (o grano grueso) y la pre-dosis (o predosis):

• Inclusiones: el ensayo se realiza sobre granos con un diámetro superior a 60 μm.^[21]​ Normalmente se utiliza cuarzo debido a su poca radiactividad, su abundancia y a que su termoluminiscencia es muy marcada.^[22]​ Para recoger la muestra se eliminan 2 mm de la superficie, se machaca la muestra y con un juego de tamices se seleccionan los granos del diámetro adecuado; después las muestras se tratan con HCl y HF para eliminar los feldespatos y las calcitas y que queden concentrados los cuarzos.^[23]​
• Grano fino: con este método no se emplean granos individuales, sino que se recoge una muestra de material de grano muy fino (4 y 11 μm)^[21]​ de distintas composiciones. Normalmente se emplea un taladro especial para separar el material a analizar y se somete a una serie de procesos para eliminar las fracciones que presentan un diámetro de grano distinto al aconsejado.^[24]​ Se suele utilizar con trozos de cerámica y es útil en zonas donde no abunda el cuarzo.^[25]​
• Predosis: se basa en que el pico de los 110 °C de la curva de brillo del cuarzo provee información sobre la paleodosis que ha recibido el mineral.^[20]​^[26]​ Se ha observado que a esa temperatura hay diferencias en la emisión y que estas diferencias se pueden relacionar con la paleodosis;^[27]​ Para ejecutar este ensayo de debe irradiar y calentar la muestra hasta los 500 °C varias veces.^[28]​ Se suelen emplear granos de cuarzo de entre 90 y 150 μm.^[29]​

Además de ciertas herramientas como tamices, taladros y placas de vidrio, el equipo necesario para realizar las dataciones es:

• Dosímetros: en caso de datar material arqueológico puede ser necesario disponer varios dosímetros en el yacimiento, a ser posible en condiciones similares a las de la pieza que se desea datar, y deseablemente durante un periodo de un año.^[30]​ Con las medidas obtenidas se podría calcular la dosis anual, pero debido a que este lapso de tiempo es bastante prolongado, normalmente se utilizan otros métodos indirectos para calcular ese dato.^[1]​
• Tubo fotomultiplicador: es un aparato que convierte la luz en corriente eléctrica; para ello se provoca que los fotones impacten en una placa (fotocátodo), de la que se van a desprender electrones que van a ser atraídos por otra sucesión de placas (dínodos). Al final del proceso cada fotón va a producir una corriente eléctrica de entre 10⁶ y 10⁷ electrones.^[31]​ Los datos obtenidos los procesa un ordenador, que a la vez recaba la información de la temperatura del horno.^[1]​
• Horno: debe ser capaz de aumentar la temperatura unos 20 °C/s, y debe poseer un sistema de vacío. Los datos de temperatura los recoge un ordenador, y con estos datos y los obtenidos con el tubo fotomultiplicador se podrá dibujar una curva de brillo.^[1]​

Martin Aitken fue el primer científico que empleó la termoluminiscencia para la datación de cerámica.^[32]​ Publicó los datos en la revista Nature en el año 1964 y a lo largo de la década de 1960 empezó a generalizarse el uso del nuevo método, cuyos resultados se publicaban en su mayoría en la revista Archaeometry.^[21]​ En esa década ya se empleaban los métodos de grano fino y de grano grueso o inclusiones.^[21]​

En la década de 1970 se empezó a utilizar para datar arcilla cocida de distintos yacimientos y se pudo contrastar con el empleo del carbono-14. También se empleó para detectar falsificaciones.^[21]​ Se desarrolló el método de la pre-dosis,^[21]​ que debido a su sensibilidad se utiliza en el estudio de los restos de menor antigüedad.^[27]​ A finales de esa década y a principios de la década de 1980 se empezaron a datar elementos no cerámicos, como piedras que habían sido calentadas. También se empezaron a fabricar nuevos aparatos para realizar los ensayos.^[21]​ Se empezó a plantear la posibilidad de emplear la termoluminiscencia para datar sedimentos; se intentaron datar loess y sedimentos depositados en ambientes marinos profundos.^[21]​ Entre mediados de esa década y la década de 1990 se empezó a utilizar una técnica nueva denominada luminiscencia estimulada ópticamente (OSL), que es la más utilizada para establecer la edad de sedimentos.

La técnica tiene una amplia aplicación, y es relativamente barata, con unos US $ 300-700 por objeto; idealmente se prueban varias muestras. Los sedimentos son más caros hasta la fecha.^[33]​

• Datación potasio-argón
• Datación uranio-torio
• Dendrocronología
• Varva

1. ↑ En la actualidad se suele emplear la luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) para datar sedimentos.
2. ↑ Otras fuentes indican que la temperatura necesaria ha de ser superior a 300 °C.^[7]​

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• Burbank, D. W. y Anderson, R. S. (2011). Tectonic Geomorphology (en inglés). John Wiley & Sons. p. 480. ISBN 9781444345049. 

• Francisco Fernández, J. T. (1992). «La datación por termoluminiscencia». En Rodà, I., ed. Ciencias, metodologías y técnicas aplicadas a la arqueología. Universidad Autónoma de Barcelona. p. 292. ISBN 9788479292935. 

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• Lasky, L. (2002). La noción del tiempo (1ª edición). Plaza y Valdés. p. 107. ISBN 9789707220805. 

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• McKeever, S. W. S. (1988). Thermoluminescence of solids (en inglés). Cambridge University Press. p. 392. ISBN 9780521368117. 

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• Villegas Casares, W. A.; Acereto Escoffié, P. O. y Vargas Quiñones, M. E. (2006). Análisis Ultravioleta-Visible. La teoría y la práctica en el ejercicio profesional. Universidad Autónoma de Yucatán. p. 83. ISBN 9789706981165. 

• Walker, M. (2005). Quaternary Dating Methods (en inglés). John Wiley & Sons. p. 304. ISBN 9780470869284.