Isotopanalyse anvendes inden for en række områder på tværs af videnskaberne, såsom geologi, biologi, Organisk Kemi og Økologi. Arkæologi, som ligger mellem de hårde naturvidenskab og samfundsvidenskab, har tilpasset de teknikker, der er udviklet på disse områder, til at besvare både arkæologiske og antropologiske spørgsmål, der spænder over kloden over både tid og rum. De spørgsmål, der behandles inden for Arkæologi, vedrører oftest studiet af diæt og mobilitet i tidligere populationer. Mens de fleste mennesker er fortrolige med isotopanalyse relateret til undersøgelsen af radiocarbon dating eller C-14, færre er fortrolige med analysen af andre isotoper, der er til stede i biologisk materiale, såsom knogler fra mennesker eller dyr. De isotoper, der er mest undersøgt for at løse disse spørgsmål, er kulstof-13 (13C), Nitrogen-15 (15N), ilt-18 (18O) og Strontium (87sr/86sr). De stabile isotoper af 13C, 15N og 18O adskiller sig fra analysen af 14C, idet de ikke støt henfalder over tid, der er således ingen “halveringstid.”Snarere forbliver de konstante over tid, deraf udtrykket stabile isotoper. Udforskningen af isotopiske identifikatorer for mobilitet, miljø, og ophold i fortiden har også nutidig relevans, idet det kan hjælpe med at informere politikker vedrørende kulturarvsbeskyttelse, ressourceforvaltning og, bæredygtighed og måske mest markant, hjælpe os med at lære mere om vores egen Arts bemærkelsesværdige evne til at tilpasse sig og overleve under et hvilket som helst antal miljømæssige og kulturelle omstændigheder.
Isotopanalysemetoder
for at undersøge stabile isotoper fra menneskelige og dyreknogler er der brug for en meget lille prøve af knogler til analysen. På grund af fremskridt inden for accelereret massespektrometri (AMS) kan der anvendes en lille prøve, der kan variere fra 200 milligram til 1gram knogle. Når arkæologisk knoglemateriale er dårligt bevaret, er der muligvis ikke nok overlevende biologisk materiale tilbage til, at analysen er pålidelig. I tilfælde, hvor knoglerne er godt bevarede, anses de isotopiske signaturer imidlertid for at være repræsentative for den enkelte prøve (enten menneske eller dyr), der undersøges.
den lille knogleprøve behandles derefter gennem et sæt kemiske procedurer afhængigt af den pågældende analyse. For eksempel til analyse af kulstof-og nitrogenstabile isotoper vaskes knoglen i saltsyre (HCl) i en passende periode, indtil knogleprøven er klar til de næste kemitrin. Disse processer udføres for at ekstrahere det “rene” knoglekollagen fra yderligere komponenter, der udgør knogler, såsom lipider og proteiner.
når kollagenet er ekstraheret, fremstilles dette og vejes til analyse i massespektrometeret. Massespektrometeret fungerer ved at måle masserne og relative koncentrationer af atomer og molekyler. Disse sammenlignes ved hjælp af standardreferencematerialer, der er fastsat af Det Internationale Atomenergiagentur i Vienna. Brugen af globale og nationale (NIST) standarder som referencemateriale betyder, at isotopresultater kan sammenlignes på tværs af arkæologiske steder. Det er dog vigtigt at huske, at isotopværdierne for et bestemt tidspunkt og sted også skal bestemmes for at forstå de forskellige lokale processer (miljømæssige og kulturelle), der konstant er på arbejde.
isotoper og studiet af miljø
mange videnskabelige områder bruger isotopanalyse til at studere tidligere klima og miljø. Arkæologi er ingen undtagelse. Det er vigtigt at bestemme miljøindstillingen for et bestemt tidspunkt og sted for at få en bedre forståelse af de faktorer, der kunne have påvirket den måde, et samfund udviklede sig på. Langsigtede og kortsigtede ændringer i klimaet kan have en dramatisk indvirkning på de måder, hvorpå folk kan købe eller producere deres mad. Derudover kan disse typer ændringer påvirke, hvor og / eller hvornår folk kan bevæge sig gennem landskabet. For eksempel kan et skift i klimaet fra et varmere eller mere tørt miljø til et, der er vådere og mildere, have tilladt folk at flytte ind i et nyt område for at gøre brug af jordressourcer, der tidligere var uegnede til landbrug eller hyrde dyr.
isotopiske indikatorer for miljø undersøges oftest gennem undersøgelsen af iltisotoper. Forskellige ilt isotop værdier er repræsentative for varmere og tørrere klimaer, versus dem, der var koldere og vådere. Ud over, nitrogenisotoper kan afspejle klimaet, ved at planter, dyr, og mennesker, der bor i mere tørre miljøer, kan vise beriget nitrogen-15 værdier sammenlignet med dem fra mere milde miljøer. Dette blev fundet i tilfælde af Badger Hole site, hvor analyse af flere af bisonbenene viste signifikant beriget nitrogen-15 værdier, hvilket indikerer beboelsen af et ekstremt tørt miljø.
isotoper og studiet af diæt
undersøgelsen af forhistoriske folks diæt er en væsentlig del af forståelsen af, hvordan tidligere samfund var i stand til at overleve og tilpasse sig inden for bestemte miljømæssige og sociale omgivelser. Undersøgelsen af tidligere diæt eller paleodiet giver ledetråde til, hvordan vores forfædre brugte naturressourcer, og endda hvordan de ændrede deres egne miljøer for at producere mad. For eksempel har et af de mest undersøgte aspekter af menneskelig diæt i Nordamerika været undersøgelsen af introduktion og udvikling af majslandbrug (landbrug) som en vigtig form for livsophold i den nye verden. Kulstof-og nitrogenstabile isotoper er de mest anvendte til diætrekonstruktioner. Disse isotoper er mest almindeligt anvendt til at studere kostvaner af marine versus terrestriske (landbaserede) dyr og indtagelse af bestemte typer planteressourcer (for eksempel majs og hirse).
isotoper kan bruges til at vurdere diæt, fordi der findes et direkte forhold mellem den type mad, der indtages, og den tilsvarende isotopiske “signatur”, der findes i knoglekollagen hos både mennesker og dyr. For eksempel, når et dyr som en ko eller får spiser en bestemt type græs eller plante, vil de udvise en isotopisk værdi i deres knogler eller tænder, der er repræsentativ for den bestemte type græs eller plante. Derudover, når mennesker forbruger animalsk protein, fra ressourcer såsom landdyr (f. eks. fisk og skaldyr) de vil udvise isotopiske værdier, der placerer dem inden for et bestemt “trofisk niveau.”Et trofisk niveau forklares mest enkelt som hvor en organisme (menneske eller dyr i disse tilfælde) er beliggende inden for en bestemt fødekæde.
Variation og tilpasning i subsistens (eller diæt) kan stimuleres af udviklingen i socio-politiske og økonomiske forhold såvel som Af klima-og økologiske overgange og endda ved individuelt valg. Ændringer i diæt inden for et bestemt samfund kan forekomme i både store og små skalaer såvel som hurtigt eller gradvist over tid. I modsætning til andre veje til paleodietær rekonstruktion, som generelt er baseret på kontekstuelle arkæologiske, etnografiske og historiske beviser, stabil isotopanalyse giver en måde at direkte undersøge diætsammensætning gennem analysen af selve knoglerne.
isotoper og studiet af mobilitet
studiet af mobilitet og migration i fortiden kan kontaktes gennem en række forskellige arkæologiske metoder, såsom herkomstundersøgelser af glas, keramik og metalgenstande og i nogle tilfælde endda gennem studiet af gammelt DNA (aDNA). Mennesker bevæger sig til mange forskellige formål. De kan bevæge sig på jagt efter mere optimale ressourcer, til ægteskab, krigsførelse, handle, og en række andre grunde. Strontium (87Sr/86Sr) og ilt (18O) isotoper bruges mest til at rekonstruere tidligere bevægelser af både mennesker og dyr inden for et bestemt tidspunkt og sted. Ved undersøgelse af mobilitet, disse isotoper bruges til at bestemme, om en person eller et dyr er “lokalt” i et bestemt område ved at sammenligne isotopværdier fra knogle-og tandemalje i prøven med lokale isotopværdier, der skal fastlægges for den specifikke geografiske placering. De” lokale ” værdier for et bestemt sted bestemmes ved at studere den underliggende geologi på et bestemt sted i tilfælde af strontium og gennem analyse af lokale grundvandsressourcer og nedbør (Nedbør og sne) i tilfælde af ilt. Under denne antagelse tages det, at hvis en person viser isotopværdier, der er de samme eller inden for området for det område, hvor de blev opdaget (eller begravet), kan det være muligt at antyde, at de oprindeligt var fra området.
hos mennesker og dyr afspejler isotopforholdene mellem knogler og tandemalje de geologiske underlag, hvorpå deres diætindtag (plante, dyr og vand) blev hentet. Strontiumisotopværdier fra menneskelige knogler og tænder kan bruges til at bestemme det mulige sted for barndomsophold for en person, når rækkevidden af lokale værdier er blevet omfattende etableret for et bestemt område. For eksempel har nogle undersøgelser undersøgt tandemaljen hos individer, der dannes i den tidlige barndom, og sammenlignet de isotopiske værdier med knogleværdierne for det samme individ. Når de to resultater varierer meget, det kan bestemmes, at de tilbragte mindst en del af deres barndom på et geografisk sted, der adskiller sig fra hvor de blev begravet og til sidst genvundet gennem arkæologiske undersøgelser.
skrevet af Michelle Machicek, PhD (postdoc forsker), Cornell University, Institut for Antropologi og Smithsonian Institution, National Museum of Natural History For Time Team America (2013).
Yderligere Læsning
Bentley, R. A., 2006. Strontiumisotoper fra jorden til det arkæologiske skelet: en gennemgang. Tidsskrift for arkæologisk metode og teori 13: 135-187.
Pris, D. T. 2008. Isotoper og menneskelig migration: casestudier inden for biogeokemi. I H. Schutkovsky (Red. Mellem biologi og kultur. Cambridge: Cambridge University Press.
H. P., hvid, C. D. og Longstaffe, F. J. 2010. Stabile og Radiogene isotoper i biologisk Arkæologi: Nogle Anvendelser. I J. B. Vest, G. J. Bugen, T. E. Dayson, og K. P. Tu (Eds.) Isoscapes: forståelse af bevægelse, mønster og proces på jorden gennem isotopkortlægning. Ny York: Springer Science + Business Media B. V.