Search

Chapter 4 is dedicated to optically stimulated luminescence dating. This technique became available in the 1990s. Also for this dating technique it is valid that detailed knowledge of the technique and the sample properties are crucial for the interpretation of the dates. The case studies of polycyclic driftsand deposits and plaggic Anthrosols demonstrate the differences in ages of organic and mineral fractions of soil samples and how to interpret this in the context of soil genesis.

The piedmont plain in southwestern Turkmenistan has experienced a millennia-long settlement history despite prevailing arid climates. One of the prerequisites for the various agricultural efforts was irrigation. Most of the water used for irrigation measures came from the adjacent Kopet Dag mountain chain. This situation changed with the introduction of the Karakum canal in the middle of the 20th century. The present study evaluates the rich irrigation history of the piedmont plain by investigating two small catchments that drain the eastern ranges of the Kopet Dag. Within their catchments, geomorphological and hydrological analyses were conducted. We present several Optically Stimulated Luminescence and 14-C dating results that add to the understanding of the landscape history from the Pleistocene until modern ages. Moreover, modern climatological and hydrological data were analyzed that show a remarkable drop in runoff from the Kopet Dag since the 1960s.

Grote Houw is één van de vier locaties waar inhet kader van het TOPsites project onderzoek isuitgevoerd naar de snelheid van erosie. Doel wasom te proberen vast te stellen hoe snel op dezelocatie erosie plaatsvindt. Bijkomende doelenwaren (1) om te testen welke methodes hetmeest geschikt zijn in een dergelijke context omerosiesnelheden te meten en (2) om te onderzoekenin hoeverre erosie schade toebrengt aande archeologische vindplaats.Grote Houw – een terrein van zeer hoge archeologischewaarde – bevat een deel van eencomplexe dubbelwierde. De verschillendemethodes die werden getest voor het meten vande erosiesnelheden gaven variabele resultaten:• Een vergelijking van de maaiveldhoogtesvolgens AHN1, AHN2 en een nieuwe groundbasedLIDAR opname leverde geen duidelijkbeeld op.• Met booronderzoek zijn aanwijzingen voorerosie gevonden in de vorm van variaties indiktes van de bouwvoor.• Een intensieve veldkartering leverde eenduidelijk beeld van de vondspreiding in relatietot de ligging van de wierde. Er waren echtergeen eenduidige aanwijzingen voor het recentopploegen van vondstmateriaal.• Vijf profielputten werden gegraven om debodemopbouw te bestuderen – met aandachtvoor de dikte van de bouwvoor en het evt.aanwezig zijn van colluvium.• OSL analyses (uit de profielputten) blekenvooral geschikt om erosie- en sedimentatieprocessenop langere tijdschalen teonderzoek. Daarbij was de spreiding aandateringen binnen één monster van groterbelang dan een absolute datering. Demetingen gaven een duidelijk beeld van deontstaansgeschiedenis van de wierde. Erosieof colluviumvorming was niet duidelijk aan tetonen.• Met metingen van de gehaltes aan 137Cs enplutonium in het profiel bleek het welmogelijk om schattingen van erosiesnelhedente maken over de periode van ca. 1960(detonatie van waterstofbommen in deatmosfeer) tot nu. Schatting is dat gedurendedeze 50 jaar maximaal 2 mm/jaar erosie isopgetreden.• De resultaten van 137Cs oppervlaktemetingenwaren op deze locatie niet geschikt om erosievast te stellen.

Nivellering en erosie zijn een algemeen bekendprobleem voor geaccidenteerde terreinenwaarop akkerbouw plaatsvindt. Grond zondervegetatie is gevoelig voor erosie, terwijl ploegenzorgt voor vervlakking en nivellering van reliëfverschillen.Verschillende tests zijn gedaan, metname in het buitenland, om de snelheid vandeze nivellering en erosie te karakteriseren.De resultaten zijn echter niet eenduidig, medeomdat verschillende tijdschalen wordengebruikt.Om beter grip te krijgen op de snelheid vanerosie en nivellering op archeologische vindplaatsenals gevolg van akkerbouw zijn vijflocaties uitgezocht. Met opzet is gekozen voorlocaties waarvan de verwachting is dat erosie/nivellering sterk is, zodat ze kunnen wordengezien als worst-case scenario. Binnen die groepis gekozen voor vindplaatsen waar eerderrelevante gegevens zijn verzameld overdegradatie en conservering. Twee (Beek-Kelmond en Meerssen – Onderste Herkenberg)liggen in het Limburgse lössgebied; drie andere(Schouwen, Grote Houw en Tjessens) zijnterpen/wierden. Op deze locaties wordenverschillende technieken ingezet om erosie ennivellering door de tijd in kaart te brengen.Uit het onderzoek op de vroegneolitische(Lineaire Bandkeramiek) vindplaats Kelmond-Beekerveld blijkt dat er aanwijzingen zijn voorvan significante erosie, met name op het steilstedeel van de helling. Hoewel het meestecolluvium op zijn laatst gevormd is tijdens delate middeleeuwen, zijn er duidelijke aanwijzingendat erosie actief was in de afgelopendecennia, en op dit moment ook nog plaatsvindt.De snelheid waarop de erosie plaatsvindt isaanzienlijk; in de afgelopen 50 jaar is enkeledecimeters aan grond verdwenen van de site,met name rond de hellingknik. De ouderedatering van het colluvium en de aanwezigheidvan een grote concentratie sporen op het steilstedeel van de helling zijn aanwijzingen dat dezeerosie komt na een langere periode van landschappelijkestabiliteit.De vergelijking van de maaiveldhoogtes uitverschillende jaren en de variaties daarin (metname de vergelijking tussen de twee generatiesvan het Actueel Hoogtebestand Nederland)duiden op erosie, maar deze resultaten op zichzijn niet overtuigend. De combinatie van 137Cs en239+240Pu metingen enerzijds en OSL metingenanderzijds geven wel uitkomsten die geschiktzijn voor het identificeren en kwantificeren vanerosie en colluviatie.Veel van de hier geteste methoden bleken nietgeschikt om de erosiesnelheden te meten. In demeeste gevallen waren ze te onnauwkeurig(bijvoorbeeld 137Cs oppervlaktekartering), warende effecten te onduidelijk (AHN/LIDARverschillen) of waren er oncontroleerbarevariaties in de gehaltes van bepaalde tracers.De tracers 137Cs en 239+240Pu gaven als enige welwaardes waaraan recente erosie kon wordenafgelezen. De schatting van de snelheden isgebaseerd op een aantal aannames, waardoorde schattingen vooral als indicatie moetenworden gezien. Nader onderzoek naar hetgebruik van deze isotopencombinatie zou debetrouwbaarheid van de schatting kunnenverbeteren.OSL bleek vooral geschikt om erosie en depositieop tijdschalen van (tientallen) eeuwen tebepalen. Het is daarmee een goede ondersteunendetechniek – in combinatie met tracers – omde landschappelijke ontwikkeling en erosiegevoeligheidvan een vindplaats te onderzoeken.Voor toekomstig onderzoek, waarbij hetschatten van mate van erosie van belang is, ishet aan te raden om een combinatie van 137Cs en239+240Pu als tracers en OSL als ondersteuning enlandschapsontwikkeling toe te passen. Een extravoordeel van deze combinatie is dat ze ook eenindicatie kunnen geven van de mate van bioturbatieop een vindplaats en de timing ervan.Ten aanzien van het monument zelf kunnen eenaantal aanbevelingen worden gedaan. Uit hetonderzoek blijkt dat er sprake is van stevigeerosie op delen van het terrein. Omdat veel vande sporen direct onder de bouwvoor liggen, is devindplaats zeer kwetsbaar. Eenmaal dieperploegen dan de bouwvoor brengt schade eninformatieverlies met zich mee. Een gebruik vanhet monument als grasland verdient daarom devoorkeur.

Soil formation depends on bedrock, climate, relief, vegetation and time. Bioturbation and colluvial soil re-location are important and significant processes that affect the mechanisms and rate of bedrock weathering. The estimation of the relative fraction of bedrock grains which has been mixed in the soil and transported either vertically or laterally to different depths gives an indication of the degree to which bedrock weathering is controlled by the latter processes. However, despite the great effort dedicated to the analysis of these processes, little is known about the quantitative relationship between geomorphological changes and soil formation, especially for long timescales. This study presents reconstruction of soil processes by single grain optically stimulated luminescence techniques (OSL) in several profiles sampled along a hillslope. The OSL analyses provide a direct measurement of soil forming processes (e.g. bioturbation, colluviation) and with them a more precise formulation of soil formation models at longer timescales. Single-grain OSL techniques have been applied to quartz and feldspar minerals which were extracted from different soil horizons from a hillslope catena located in Sierra Morena, Córdoba, in the south of Spain. Four profiles were explored extracting twelve samples in order to study vertical and lateral mixing (e.g. soil creep, colluvial processes) of soils. The suitability of three different OSL single grain approaches, quartz OSL, IRSL (infrared stimulated luminescence) and pIRIR (post-IRSL) feldspar, was tested on four samples. From this analysis parameters from single-grain OSL age distributions (e.g. number of zeroed grains, scatter and shape of the distribution) were deduced to be used as indicators for bioturbation and/or soil-relocation. The most suitable approach was the applied to the several samples from hillslope catena. This study reveals the potential of OSL single-grain techniques in order to shed light on bioturbation and pedoturbation processes within soil formation and their interrelationship with geomorphological processes.

Novel single-grain luminescence measurements of quartz and feldspar grains offer exciting ways forward to characterize rates and mechanisms of soil bioturbation. However, to fulfil this potential, the attribution problem must be solved – we must know which bioturbation mechanisms can lead to the observed outcome. Inverse modelling is a well-known solution for such problems. We present a new stochastic model of the evolution of grain properties such as apparent age and intrinsic brightness of quartz and feldspar grains in a bioturbated soil column. The model can rapidly simulate the depth profiles of these grain properties due to various bioturbation mechanisms over long periods of time. These can then be compared with the observed profiles.We illustrate the inverse model process for a case study site near Cordoba in Spain, where apparent ages and intrinsic brightness were determined for single quartz grains and single feldspar grains (with a 50 degree and a 175 degree protocol). Results indicate that several hypothesized bioturbation mechanisms can indeed be excluded by inverse modelling. The model can easily be extended to include hillslope processes.