Die Isotopenanalyse wird in einer Vielzahl von Bereichen in den Wissenschaften wie Geologie, Biologie, Organische Chemie und Ökologie eingesetzt. Die Archäologie, die zwischen den harten Natur- und Sozialwissenschaften angesiedelt ist, hat die in diesen Bereichen entwickelten Techniken angepasst, um sowohl archäologische als auch anthropologische Fragen zu beantworten, die sich über Zeit und Raum erstrecken. Die Fragen, die auf dem Gebiet der Archäologie behandelt werden, beziehen sich am häufigsten auf die Untersuchung von Ernährung und Mobilität in früheren Populationen. Während die meisten Menschen mit der Isotopenanalyse im Zusammenhang mit der Untersuchung von Radiokohlenstoff vertraut sind Dating oder C-14, Weniger sind mit der Analyse anderer Isotope vertraut, die in biologischem Material wie menschlichem oder tierischem Knochen vorhanden sind. Die am häufigsten untersuchten Isotope, um diese Fragen zu beantworten, sind Kohlenstoff-13 (13C), Stickstoff-15 (15N), Sauerstoff-18 (18O) und Strontium (87Sr / 86Sr). Die stabilen Isotope von 13C, 15N und 18O unterscheiden sich von der Analyse von 14C darin, dass sie im Laufe der Zeit nicht stetig zerfallen, Somit gibt es keine „Halbwertszeit“.“ Vielmehr bleiben sie über die Zeit konstant, daher der Begriff stabile Isotope. Die Erforschung von Isotopenidentifikatoren für Mobilität, Umwelt, und Subsistenz in der Vergangenheit hat auch insofern zeitgenössische Relevanz, als es dazu beitragen kann, Richtlinien zum Schutz des Erbes zu informieren, Ressourcenmanagement und, Nachhaltigkeit und vielleicht am wichtigsten, Helfen Sie uns, mehr über die bemerkenswerte Fähigkeit unserer eigenen Spezies zu erfahren, sich unter einer Vielzahl von Umwelt- und Kulturbedingungen anzupassen und zu überleben.
Methoden der Isotopenanalyse
Um stabile Isotope aus menschlichen und tierischen Knochen zu untersuchen, wird für die Analyse eine sehr kleine Knochenprobe benötigt. Aufgrund der Fortschritte in der beschleunigten Massenspektrometrie (AMS) kann eine kleine Probe verwendet werden, die von 200 Milligramm bis 1 Gramm Knochen reichen kann. Wenn archäologisches Knochenmaterial schlecht erhalten ist, ist möglicherweise nicht genügend überlebendes biologisches Material vorhanden, damit die Analyse zuverlässig ist. In Fällen, in denen die Knochen gut erhalten sind, werden die Isotopensignaturen jedoch als repräsentativ für die einzelne Probe (entweder Mensch oder Tier) angesehen, die untersucht wird.
Die kleine Knochenprobe wird dann abhängig von der jeweiligen Analyse durch eine Reihe chemischer Verfahren behandelt. Beispielsweise wird zur Analyse von kohlenstoff- und stickstoffstabilen Isotopen der Knochen für einen geeigneten Zeitraum in Salzsäure (HCl) gewaschen, bis die Knochenprobe für die nächsten chemischen Schritte bereit ist. Diese Prozesse werden durchgeführt, um das „reine“ Knochenkollagen aus zusätzlichen Komponenten, aus denen Knochen besteht, wie Lipiden und Proteinen, zu extrahieren.
Sobald das Kollagen extrahiert ist, wird dieses vorbereitet und für Analyse im Massenspektrometer gewogen. Das Massenspektrometer misst die Massen und relativen Konzentrationen von Atomen und Molekülen. Diese werden mit Standardreferenzmaterialien verglichen, die von der Internationalen Atomenergiebehörde in Wien festgelegt werden. Die Verwendung globaler und nationaler (NIST) Standards als Referenzmaterial bedeutet, dass Isotopenergebnisse an archäologischen Stätten verglichen werden können. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass auch die Isotopenwerte einer bestimmten Zeit und eines bestimmten Ortes bestimmt werden müssen, um die verschiedenen lokalen Prozesse (Umwelt und Kultur) zu verstehen, die ständig am Werk sind.
Isotope und das Studium der Umwelt
Viele wissenschaftliche Bereiche nutzen die Isotopenanalyse, um das vergangene Klima und die Umwelt zu untersuchen. Archäologie ist keine Ausnahme. Es ist wichtig, die Umweltbedingungen einer bestimmten Zeit und eines bestimmten Ortes zu bestimmen, um ein besseres Verständnis der Faktoren zu erlangen, die die Entwicklung einer Gemeinschaft beeinflusst haben könnten. Lang- und kurzfristige Klimaveränderungen können dramatische Auswirkungen auf die Art und Weise haben, wie Menschen ihre Lebensmittel beschaffen oder produzieren können. Darüber hinaus können diese Arten von Änderungen beeinflussen, wo und / oder wann sich Menschen in der Landschaft bewegen können. Zum Beispiel kann eine Verschiebung des Klimas von einer heißeren oder trockeneren Umgebung zu einer feuchteren und milderen Umgebung es den Menschen ermöglicht haben, in ein neues Gebiet zu ziehen, um Landressourcen zu nutzen, die zuvor für die Landwirtschaft oder das Hüten von Tieren ungeeignet waren.
Isotopenindikatoren der Umwelt werden am häufigsten durch die Untersuchung von Sauerstoffisotopen untersucht. Unterschiedliche Sauerstoffisotopenwerte sind repräsentativ für heißere und trockenere Klimazonen, im Vergleich zu denen, die kälter und feuchter waren. In Ergänzung, Stickstoffisotope können das Klima widerspiegeln, in diesen Pflanzen, Tiere, und Menschen, die in trockeneren Umgebungen leben, können im Vergleich zu milderen Umgebungen angereicherte Stickstoff-15-Werte anzeigen. Dies wurde im Fall des Dachslochs festgestellt, wo die Analyse mehrerer Bisonknochen signifikant angereicherte Stickstoff-15-Werte aufzeigte, was auf die Besiedlung einer extrem trockenen Umgebung hinweist.
Isotope und das Studium der Ernährung
Das Studium der Ernährung prähistorischer Völker ist ein wesentlicher Bestandteil des Verständnisses, wie vergangene Gemeinschaften in bestimmten ökologischen und sozialen Umgebungen überleben und sich anpassen konnten. Die Untersuchung der vergangenen Ernährung oder Paläodiät liefert Hinweise darauf, wie unsere Vorfahren natürliche Ressourcen nutzten und sogar, wie sie ihre eigene Umgebung modifizierten, um Nahrung zu produzieren. Zum Beispiel war einer der am weitesten untersuchten Aspekte der menschlichen Ernährung in Nordamerika die Untersuchung der Einführung und Entwicklung der Maislandwirtschaft (Landwirtschaft) als Hauptform des Lebensunterhalts in der Neuen Welt. Kohlenstoff- und stickstoffstabile Isotope werden am häufigsten für Ernährungsrekonstruktionen verwendet. Diese Isotope wurden am häufigsten verwendet, um die Ernährung von Meerestieren im Vergleich zu Landtieren und die Aufnahme bestimmter Arten von Pflanzenressourcen (z. B. Mais und Hirse) zu untersuchen.
Isotope können zur Beurteilung der Ernährung verwendet werden, da eine direkte Beziehung zwischen der Art der verzehrten Nahrung und der entsprechenden isotopischen „Signatur“ im Knochenkollagen von Mensch und Tier besteht. Zum Beispiel, wenn ein Tier wie eine Kuh oder ein Schaf eine bestimmte Art von Gras oder Pflanze frisst, zeigen sie einen Isotopenwert in ihren Knochen oder Zähnen, der für diese bestimmte Art von Gras oder Pflanze repräsentativ ist. Da der Mensch darüber hinaus tierisches Eiweiß konsumiert, werden Ressourcen wie Landtiere (z., Kühe, Schafe, oder Ziegen) und aquatische Ressourcen (z.B., Fisch und Schalentiere) Sie zeigen Isotopenwerte, die sie innerhalb einer bestimmten „trophischen Ebene“ situieren.“ Eine trophische Ebene wird am einfachsten so erklärt, dass sich ein Organismus (in diesen Fällen Mensch oder Tier) innerhalb einer bestimmten Nahrungskette befindet.
Variation und Anpassung des Lebensunterhalts (oder der Ernährung) können durch Entwicklungen der soziopolitischen und wirtschaftlichen Umstände sowie durch klimatische und ökologische Übergänge und sogar durch individuelle Entscheidungen angeregt werden. Ernährungsumstellungen innerhalb einer bestimmten Gemeinschaft können sowohl im großen als auch im kleinen Maßstab sowie im Laufe der Zeit schnell oder allmählich auftreten. Im Gegensatz zu anderen Wegen für die paläodietäre Rekonstruktion, die im Allgemeinen auf kontextbezogenen archäologischen, ethnographischen und historischen Beweisen basieren, bietet die stabile Isotopenanalyse eine Möglichkeit, die Nahrungszusammensetzung direkt durch die Analyse der Knochen selbst zu untersuchen.
Isotope und das Studium der Mobilität
Das Studium der Mobilität und Migration in der Vergangenheit kann durch eine Reihe verschiedener archäologischer Methoden angegangen werden, wie Provenienzstudien von Glas-, Keramik- und Metallartefakten und in einigen Fällen sogar durch das Studium antiker DNA (aDNA). Menschen bewegen sich für viele verschiedene Zwecke. Sie können sich auf der Suche nach optimaleren Ressourcen bewegen, für die Ehe, Krieg, Handel, und eine Vielzahl anderer Gründe. Strontium (87Sr / 86Sr) und Sauerstoff (18O) Isotope werden am häufigsten verwendet, um vergangene Bewegungen von Menschen und Tieren innerhalb einer bestimmten Zeit und eines bestimmten Ortes zu rekonstruieren. Bei der Untersuchung der Mobilität, Diese Isotope werden verwendet, um zu bestimmen, ob eine Person oder ein Tier in einem bestimmten Gebiet „lokal“ ist, indem die Isotopenwerte aus Knochen und Zahnschmelz der Probe mit lokalen Isotopenwerten verglichen werden, die für diesen bestimmten geografischen Standort festgelegt werden müssen. Die „lokalen“ Werte eines bestimmten Ortes werden durch Untersuchung der zugrunde liegenden Geologie eines bestimmten Ortes im Fall von Strontium und durch Analyse der lokalen Grundwasserressourcen und des Niederschlags (Niederschlag und Schnee) im Fall von Sauerstoff bestimmt. Unter dieser Annahme wird angenommen, dass, wenn eine Person Isotopenwerte anzeigt, die gleich oder innerhalb des Bereichs für die Region sind, in der sie entdeckt (oder begraben) wurden, es möglich sein kann, darauf hinzuweisen, dass sie ursprünglich aus dem Gebiet stammten.
Bei Menschen und Tieren spiegeln die Isotopenverhältnisse von Knochen und Zahnschmelz die geologischen Substrate wider, auf denen ihre Nahrungsaufnahme (Pflanze, Tier und Wasser) erfolgte. Strontiumisotopenwerte aus menschlichem Knochen und Zähnen können verwendet werden, um den möglichen Aufenthaltsort im Kindesalter für eine Person zu bestimmen, wenn der Bereich der lokalen Werte für ein bestimmtes Gebiet umfassend festgelegt wurde. Zum Beispiel haben einige Studien den Zahnschmelz von Individuen untersucht, der sich in der frühen Kindheit bildet, und die Isotopenwerte mit den Knochenwerten desselben Individuums verglichen. Wenn die beiden Ergebnisse stark variieren, Es kann festgestellt werden, dass sie zumindest einen Teil ihrer Kindheit an einem geografischen Ort verbracht haben, der sich von dem Ort unterschied, an dem sie begraben und schließlich durch archäologische Untersuchungen geborgen wurden.
Geschrieben von Michelle Machicek, PhD (Postdoktorandin), Cornell University, Abteilung für Anthropologie und Smithsonian Institution, National Museum of Natural History für Time Team America (2013).
Weiterführende Literatur
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Preis, D.T. 2008. Isotope und menschliche Migration: Fallstudien in der Biogeochemie. In H. Schutkowski (Hrsg.) Zwischen Biologie und Kultur. Cambridge: In: Cambridge University Press.
Schwarcz, H.P., White, C.D. und Longstaffe, F.J. 2010. Stabile und radiogene Isotope in der biologischen Archäologie: Einige Anwendungen. In J.B. West, G.J. Bowen, T.E. Dawson und K.P. Tu (Hrsg.) Isoscapes: Bewegung, Muster und Prozesse auf der Erde durch Isotopenkartierung verstehen. New York: Springer Wissenschaft + Wirtschaft Medien B.V.