Isotopenanalyse wordt gebruikt in een verscheidenheid van gebieden in de wetenschappen, zoals geologie, biologie, Organische Chemie en ecologie. Archeologie, gelegen tussen de harde natuurwetenschappen en de sociale wetenschappen, heeft de technieken ontwikkeld op deze gebieden aangepast om zowel archeologische en antropologische vragen die de hele wereld over zowel tijd en ruimte te beantwoorden. De vragen die worden behandeld binnen het gebied van de archeologie hebben meestal betrekking op de studie van voeding en mobiliteit in het verleden populaties. Terwijl de meeste mensen bekend zijn met isotopische analyse met betrekking tot de studie van koolstofdatering of C-14, zijn minder bekend met de analyse van andere isotopen die aanwezig zijn in biologisch materiaal zoals menselijk of dierlijk bot. De meest bestudeerde isotopen om deze vragen te beantwoorden zijn koolstof-13 (13C), stikstof-15 (15N), zuurstof-18 (18O) en Strontium (87Sr/86Sr). De stabiele isotopen van 13C, 15N en 18O verschillen van de analyse van 14C in die zin dat zij niet gestaag verval in de tijd, dus is er geen ” halfwaardetijd.”Integendeel, ze blijven constant in de tijd, vandaar de term stabiele isotopen. De exploratie van isotopische identificatoren van mobiliteit, milieu en levensonderhoud in het verleden heeft ook hedendaagse relevantie in die zin dat het kan helpen bij het informeren van beleid met betrekking tot de bescherming van erfgoed, resource management en, duurzaamheid en misschien wel het belangrijkste, ons helpen om meer te leren over het opmerkelijke vermogen van onze eigen soort om zich aan te passen en te overleven in een aantal milieu-en culturele omstandigheden.
Isotopenanalysemethoden
om stabiele isotopen van menselijke en dierlijke botten te onderzoeken, is een zeer klein botmonster nodig voor de analyse. Wegens vooruitgang in versnelde massaspectrometrie (AMS) kan een kleine steekproef die van 200 milligram aan 1gram been kan variëren worden gebruikt. Als archeologisch botmateriaal slecht bewaard blijft, is er misschien niet genoeg biologisch materiaal over om de analyse betrouwbaar te maken. In gevallen waarin de botten goed bewaard zijn gebleven, worden de isotopische kenmerken echter beschouwd als representatief voor het individuele specimen (mens of dier) dat wordt onderzocht.
het kleine botmonster wordt vervolgens behandeld volgens een reeks chemische procedures, afhankelijk van de specifieke analyse in kwestie. Bijvoorbeeld, voor de analyse van koolstof en stikstof stabiele isotopen, wordt het bot gewassen in zoutzuur (HCl) voor een geschikte periode tot het botmonster klaar is voor de volgende chemische stappen. Deze processen worden uitgevoerd om het “pure” botcollageen te extraheren uit extra componenten waaruit bot bestaat, zoals lipiden en eiwitten.
zodra het collageen is geëxtraheerd, wordt dit bereid en gewogen voor analyse in de massaspectrometer. De massaspectrometer werkt door de massa ‘ s en relatieve concentraties van atomen en moleculen te meten. Deze worden vergeleken met behulp van standaard referentiematerialen die zijn vastgesteld door de Internationale Organisatie voor Atoomenergie in Wenen. Het gebruik van wereldwijde en nationale (NIST) standaarden als referentiemateriaal betekent dat isotopische resultaten kunnen worden vergeleken tussen archeologische vindplaatsen. Het is echter belangrijk om te onthouden dat de isotopische waarden van een bepaalde tijd en plaats ook moeten worden bepaald om de verschillende lokale processen (milieu en cultuur) te begrijpen die voortdurend aan het werk zijn.
isotopen en de studie van het milieu
veel wetenschappelijke gebieden maken gebruik van isotopische analyse om het klimaat en het milieu in het verleden te bestuderen. Archeologie is geen uitzondering. Het is belangrijk om de milieusetting van een bepaalde tijd en plaats te bepalen om een beter inzicht te krijgen in de factoren die van invloed kunnen zijn geweest op de manier waarop een gemeenschap zich heeft ontwikkeld. Klimaatveranderingen op lange en korte termijn kunnen een dramatische impact hebben op de manier waarop mensen hun voedsel kunnen kopen of produceren. Bovendien kunnen dit soort veranderingen van invloed zijn op waar en / of wanneer mensen zich door het landschap kunnen bewegen. Bijvoorbeeld, een verschuiving in het klimaat van een hetere of meer droge omgeving naar een die natter en milder is, kan mensen hebben toegestaan om te verhuizen naar een nieuw gebied om gebruik te maken van landvoorraden die voorheen ongeschikt waren voor de landbouw of het hoeden van dieren.
isotopische indicatoren van de omgeving worden meestal onderzocht door de studie van zuurstofisotopen. Verschillende zuurstofisotoopwaarden zijn representatief voor warmere en drogere klimaten, vergeleken met die welke kouder en natter waren. Bovendien kunnen stikstofisotopen reflecterend zijn van het klimaat, in die zin dat planten, dieren en mensen die meer droge omgevingen bewonen verrijkte stikstof-15 waarden kunnen weergeven in vergelijking met die van meer milde omgevingen. Dit werd gevonden in het geval van de Badger Hole site, waar de analyse van een aantal van de bizon botten weergegeven aanzienlijk verrijkt stikstof-15 waarden, wat aangeeft dat de bewoning van een extreem droge omgeving.
isotopen en de studie van voeding
de studie van het dieet van prehistorische volkeren is een essentieel onderdeel van het begrijpen hoe gemeenschappen uit het verleden in staat waren te overleven en zich aan te passen binnen bepaalde milieu-en sociale omgevingen. Het onderzoek naar het vroegere dieet of paleodiet geeft aanwijzingen over hoe onze voorouders gebruik maakten van natuurlijke hulpbronnen en zelfs hoe ze hun eigen omgeving veranderden om voedsel te produceren. Een van de meest bestudeerde aspecten van de menselijke voeding in Noord-Amerika is bijvoorbeeld het onderzoek naar de introductie en ontwikkeling van de maïslandbouw (landbouw) als een belangrijke vorm van levensonderhoud in de nieuwe wereld. Koolstof en stikstof stabiele isotopen zijn de meest gebruikte voor dieetreconstructies. Deze isotopen zijn het meest gebruikt voor het bestuderen van diëten van mariene versus terrestrische (op het land gebaseerde) dieren en de inname van bepaalde soorten plantaardige hulpbronnen (bijvoorbeeld maïs en gierst).
isotopen kunnen worden gebruikt om de voeding te beoordelen, omdat er een direct verband bestaat tussen het soort voedsel dat wordt geconsumeerd en de overeenkomstige isotopische “handtekening” in het botcollageen van zowel mens als dier. Bijvoorbeeld, wanneer een dier zoals een koe of schaap eet een bepaald type gras of plant zullen ze vertonen een isotopische waarde in hun botten of tanden die representatief is voor dat specifieke type gras of plant. Bovendien, als mensen dierlijke eiwitten consumeren, uit hulpbronnen zoals landdieren (bijv. koeien, schapen of geiten) en aquatische hulpbronnen (bijvoorbeeld vis en schaaldieren) zij zullen isotopische waarden vertonen die hen situeren binnen een bepaald “trofisch niveau.”Een trofisch niveau is het meest eenvoudig te verklaren als waar een organisme (mens of dier in deze gevallen) zich binnen een bepaalde voedselketen bevindt.
variatie en aanpassing in levensonderhoud (of voeding) kunnen worden gestimuleerd door ontwikkelingen in sociaal-politieke en economische omstandigheden, alsook door Klimaat-en ecologische overgangen en zelfs door individuele keuze. Veranderingen in voeding binnen een bepaalde gemeenschap kunnen zowel op grote als kleine schaal voorkomen, evenals snel of geleidelijk in de tijd. In tegenstelling tot andere wegen voor paleodietaire reconstructie, die over het algemeen gebaseerd zijn op contextueel Archeologisch, Etnografisch en historisch bewijs, biedt stabiele isotopenanalyse een manier om de samenstelling van de voeding direct te onderzoeken door de analyse van de botten zelf.
isotopen en de studie van mobiliteit
de studie van mobiliteit en migratie in het verleden kan worden benaderd door een aantal verschillende archeologische methoden, zoals herkomststudies van glas, keramiek en metalen artefacten en in sommige gevallen zelfs door de studie van oud DNA (aDNA). Mensen bewegen voor veel verschillende doeleinden. Ze kunnen bewegen op zoek naar meer optimale middelen, voor Huwelijk, oorlog, handel, en een groot aantal andere redenen. Strontium (87Sr/86Sr) en zuurstof (18O) isotopen worden het meest gebruikt om bewegingen uit het verleden van zowel mensen als dieren binnen een bepaalde tijd en plaats te reconstrueren. Bij het onderzoek naar de mobiliteit worden deze isotopen gebruikt om te bepalen of een persoon of dier “lokaal” is voor een bepaald gebied door de isotopenwaarden van het bot-en tandglazuur van het specimen te vergelijken met lokale isotopenwaarden die voor die specifieke geografische locatie moeten worden vastgesteld. De “lokale” waarden van een bepaalde plaats worden bepaald door de onderliggende geologie van een bepaalde plaats te bestuderen, in het geval van strontium, en door de analyse van lokale grondwaterbronnen en neerslag (regenval en sneeuw), in het geval van zuurstof. Onder deze aanname wordt aangenomen dat als een individu isotopenwaarden toont die gelijk zijn aan of binnen het bereik liggen voor het gebied waarin ze werden ontdekt (of begraven), het mogelijk kan zijn om te suggereren dat ze oorspronkelijk uit het gebied kwamen.
bij mensen en dieren weerspiegelen de isotoopverhoudingen van bot-en tandglazuur de geologische substraten waarop hun voedingsopname (plant, Dier en water) afkomstig was. Strontium-isotoopwaarden van menselijk bot en tanden kunnen worden gebruikt om de mogelijke plaats van jeugdresidentie voor een individu te bepalen wanneer het bereik van lokale waarden uitgebreid is vastgesteld voor een bepaald gebied. Sommige studies hebben bijvoorbeeld het tandglazuur van individuen onderzocht, dat zich in de vroege kindertijd vormt, en de isotopische waarden vergeleken met de botwaarden van hetzelfde individu. Wanneer de twee resultaten sterk variëren, kan worden vastgesteld dat ze ten minste een deel van hun kindertijd doorgebracht in een geografische locatie die verschilde van waar ze werden begraven en uiteindelijk hersteld door middel van archeologisch onderzoek.
geschreven door Michelle Machicek, PhD (postdoctoraal onderzoeker), Cornell University, afdeling Antropologie en Smithsonian Institution, National Museum of Natural History for Time Team America (2013).
Verder Lezen
Bentley, R. A., 2006. Strontiumisotopen van de aarde naar het Archeologisch skelet: een overzicht. Journal of Archaeological Method and Theory 13: 135-187.
Price, D. T. 2008. Isotopen en menselijke migratie: case studies in biogeochemie. In H. Schutkowski (Ed.) Tussen biologie en cultuur. Cambridge: Cambridge University Press.
Schwarcz, H. P., White, C. D., and Longstaffe, F. J. 2010. Stabiele en radiogene isotopen in biologische Archeologie: enkele toepassingen. In J. B. West, G. J. Bowen, T. E. Dawson, and K. P. Tu (Eds.) Isoscapes: het begrijpen van beweging, patroon en proces op aarde door middel van isotoop mapping. New York: Springer Science + Business Media B. V.