Analiza izotopowa jest stosowana w różnych dziedzinach nauki, takich jak geologia, Biologia, Chemia organiczna i Ekologia. Archeologia, która znajduje się pomiędzy naukami przyrodniczymi a naukami społecznymi, dostosowała techniki opracowane w tych dziedzinach, aby odpowiedzieć zarówno na pytania archeologiczne, jak i antropologiczne, które obejmują cały świat zarówno w czasie, jak i przestrzeni. Pytania poruszane w dziedzinie Archeologii najczęściej dotyczą badań nad dietą i mobilnością w dawnych populacjach. Podczas gdy większość ludzi zna analizę izotopową związaną z badaniem datowania radiowęglowego lub C-14, mniej zna analizę innych izotopów obecnych w materiale biologicznym, takim jak kości ludzkie lub zwierzęce. Izotopy najczęściej badane w celu rozwiązania tych problemów to węgiel-13 (13c), azot-15 (15N), tlen-18 (18o) i stront (87Sr/86Sr). Stabilne izotopy 13C, 15N i 18O różnią się od analizy 14C tym, że nie ulegają równomiernemu rozpadowi w czasie, przez co nie ma „okresu półtrwania”.”Raczej pozostają one stałe w czasie, stąd termin izotopy stabilne. Badanie izotopowych identyfikatorów mobilności, środowiska i utrzymania w przeszłości ma również współczesne znaczenie, ponieważ może pomóc w informowaniu polityk dotyczących ochrony dziedzictwa, zarządzania zasobami i zrównoważonego rozwoju, a być może przede wszystkim pomóc nam dowiedzieć się więcej o niezwykłej zdolności naszego gatunku do adaptacji i przetrwania w dowolnej liczbie warunków środowiskowych i kulturowych.
metody analizy izotopów
w celu zbadania stabilnych izotopów z kości ludzkich i zwierzęcych potrzebna jest bardzo mała próbka kości do analizy. Ze względu na postępy w przyspieszonej spektrometrii masowej (AMS) można użyć małej próbki, która może wynosić od 200 miligramów do 1 grama kości. Gdy archeologiczny materiał kostny jest słabo zachowany, może nie być wystarczającej ilości ocalałego materiału biologicznego, aby analiza była wiarygodna. Jednakże w przypadkach, w których kości są dobrze zachowane, oznaczenia izotopowe są uważane za reprezentatywne dla badanej próbki (ludzkiej lub zwierzęcej).
mała próbka kości jest następnie poddawana obróbce za pomocą zestawu procedur chemicznych, w zależności od konkretnej analizy. Na przykład w celu analizy stabilnych izotopów węgla i azotu kość przemywa się kwasem chlorowodorowym (HCl) przez odpowiedni okres czasu, aż próbka Kości będzie gotowa do kolejnych etapów chemii. Procesy te są przeprowadzane w celu wyodrębnienia „czystego” kolagenu kostnego z dodatkowych składników, które tworzą kość, takich jak lipidy i białka.
po ekstrakcji kolagenu jest on przygotowywany i ważony do analizy w spektrometrze masowym. Spektrometr masowy działa poprzez pomiar mas i względnych stężeń atomów i cząsteczek. Są one porównywane przy użyciu standardowych materiałów referencyjnych ustalonych przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej w Wiedniu. Zastosowanie globalnych i krajowych standardów (NIST) jako materiału odniesienia oznacza, że wyniki izotopowe mogą być porównywane na różnych stanowiskach archeologicznych. Ważne jest jednak, aby pamiętać, że wartości izotopowe danego czasu i miejsca muszą być również określone, aby zrozumieć różne procesy lokalne (środowiskowe i kulturowe), które stale działają.
izotopy i badania środowiska
wiele dziedzin naukowych wykorzystuje analizę izotopową do badania przeszłego klimatu i środowiska. Archeologia nie jest wyjątkiem. Ważne jest, aby określić warunki środowiskowe w danym czasie i miejscu, aby lepiej zrozumieć czynniki, które mogły mieć wpływ na sposób rozwoju społeczności. Długo-i krótkoterminowe zmiany klimatu mogą mieć dramatyczny wpływ na sposób, w jaki ludzie mogą kupować lub produkować żywność. Ponadto tego rodzaju zmiany mogą wpływać na to, gdzie i/lub kiedy ludzie mogą poruszać się po krajobrazie. Na przykład zmiana klimatu z cieplejszego lub bardziej suchego do bardziej wilgotnego i łagodniejszego mogła pozwolić ludziom na przeniesienie się na nowy obszar w celu wykorzystania zasobów ziemi, które wcześniej nie nadawały się do hodowli lub pasterstwa zwierząt.
izotopowe wskaźniki środowiska są najczęściej badane poprzez badanie izotopów tlenu. Różne wartości izotopów tlenu są reprezentatywne dla cieplejszych i bardziej suchych klimatów, w porównaniu do tych, które były zimniejsze i bardziej wilgotne. Ponadto izotopy azotu mogą odzwierciedlać klimat, ponieważ rośliny, zwierzęta i ludzie zamieszkujący bardziej suche środowiska mogą wykazywać wartości wzbogaconego azotu-15 w porównaniu z tymi z łagodniejszych środowisk. Stwierdzono to w przypadku dziupli borsuka, gdzie analiza kilku kości żubrów wykazała znacznie wzbogacony azot-15 wartości, wskazując na zamieszkanie skrajnie suchego środowiska.
izotopy i badanie diety
badanie diety ludów prehistorycznych jest istotną częścią zrozumienia, w jaki sposób dawne społeczności były w stanie przetrwać i przystosować się w określonych warunkach środowiskowych i społecznych. Badania nad dawną dietą lub paleodietem dostarczają wskazówek, w jaki sposób nasi przodkowie korzystali z zasobów naturalnych, a nawet jak zmieniali własne środowisko w celu produkcji żywności. Na przykład jednym z najszerzej zbadanych aspektów diety człowieka w Ameryce Północnej było badanie wprowadzenia i rozwoju rolnictwa kukurydzy (rolnictwa) jako głównej formy utrzymania w Nowym Świecie. Stabilne izotopy węgla i azotu są najczęściej stosowanymi do rekonstrukcji diety. Izotopy te były najczęściej używane do badania diety zwierząt morskich i lądowych (lądowych) oraz spożycia poszczególnych rodzajów zasobów roślinnych (na przykład kukurydzy i prosa).
izotopy mogą być używane do oceny diety, ponieważ istnieje bezpośredni związek między rodzajem spożywanego pokarmu a odpowiadającym im „podpisem” izotopowym znajdującym się w kolagenie kostnym zarówno ludzi, jak i zwierząt. Na przykład, gdy zwierzę, takie jak krowa lub owca, zjada pewien rodzaj trawy lub rośliny, wykazuje wartość izotopową w kościach lub zębach, która jest reprezentatywna dla tego konkretnego rodzaju trawy lub rośliny. Ponadto, ponieważ ludzie spożywają białko zwierzęce, z zasobów takich jak zwierzęta lądowe (np., krowy, owce, lub kozy) i zasobów wodnych (na przykład, ryby i skorupiaki) będą wykazywać wartości izotopowe, które sytuują je w określonym „poziomie troficznym.”Poziom troficzny jest najprościej wyjaśniony jako miejsce, w którym organizm (w tych przypadkach człowiek lub zwierzę) znajduje się w określonym łańcuchu pokarmowym.
zmienność i adaptacja w życiu (lub diecie) może być stymulowana przez rozwój sytuacji społeczno-politycznej i ekonomicznej, a także przez zmiany klimatyczne i ekologiczne, a nawet przez indywidualny wybór. Zmiany w diecie w danej społeczności mogą wystąpić zarówno w dużej, jak i małej skali, a także szybko lub stopniowo w czasie. W przeciwieństwie do innych metod rekonstrukcji paleodieetarnej, które są na ogół oparte na kontekstowych dowodach archeologicznych, etnograficznych i historycznych, analiza stabilnych izotopów zapewnia sposób bezpośredniego zbadania składu diety poprzez analizę samych kości.
izotopy i badanie mobilności
badanie mobilności i migracji w przeszłości można podejść za pomocą wielu różnych metod archeologicznych, takich jak badania pochodzenia szkła, ceramiki i artefaktów metalowych, aw niektórych przypadkach nawet poprzez badanie starożytnego DNA (aDNA). Ludzie poruszają się w wielu różnych celach. Mogą poruszać się w poszukiwaniu bardziej optymalnych zasobów, dla małżeństwa, wojny, handlu i wielu innych powodów. Izotopy strontu (87sr / 86sr) i tlenu (18o) są najczęściej używane do rekonstrukcji przeszłych ruchów ludzi i zwierząt w określonym czasie i miejscu. Podczas badania mobilności, izotopy te są używane do określenia, czy osoba lub zwierzę jest „lokalne” do określonego obszaru poprzez porównanie wartości izotopowych z kości i szkliwa dentystycznego próbki z lokalnymi wartościami izotopowymi, które muszą być ustalone dla tego konkretnego położenia geograficznego. „Lokalne” wartości konkretnego miejsca określa się poprzez badanie geologii leżącej u podstaw danego miejsca, w przypadku strontu, oraz poprzez analizę lokalnych zasobów wód gruntowych i opadów (opadów i śniegu), w przypadku tlenu. Zgodnie z tym założeniem przyjmuje się, że jeśli jednostka wykazuje wartości izotopowe, które są takie same lub mieszczą się w zakresie dla regionu, w którym została odkryta (lub pochowana), to może być możliwe zasugerowanie, że pochodziła z tego obszaru pierwotnie.
u ludzi i zwierząt stosunek izotopów kości i szkliwa dentystycznego odzwierciedla podłoże geologiczne, na którym pozyskiwano ich pokarm (roślinny, zwierzęcy i wodny). Wartości izotopów strontu z ludzkich kości i zębów mogą być wykorzystane do określenia możliwego miejsca zamieszkania dziecka dla jednostki, gdy zakres lokalnych wartości został kompleksowo ustalony dla określonego obszaru. Na przykład w niektórych badaniach zbadano szkliwo dentystyczne osób, które tworzy się we wczesnym dzieciństwie, i porównano wartości izotopowe z wartościami Kości tego samego osobnika. Kiedy te dwa wyniki różnią się znacznie, można ustalić, że spędzili przynajmniej część swojego dzieciństwa w miejscu geograficznym, które różniło się od miejsca, w którym zostali pochowani, a ostatecznie odzyskali je dzięki badaniom archeologicznym.
Written by Michelle Machicek, PhD (Postdoctoral Researcher), Cornell University, Department of Anthropology and Smithsonian Institution, National Museum of Natural History for Time Team America (2013).
Czytaj Dalej
Izotopy strontu od ziemi do szkieletu archeologicznego: przegląd. Journal of Archaeological Method and Theory 13: 135-187.
Cena, D. T. 2008. Isotopes and human migration: case studies in biogeochemistry. U H. Schutkowskiego (Red.) Między biologią a kulturą. Cambridge: Cambridge University Press.
Schwarcz, H. P., White, C. D., and Longstaffe, F. J. 2010. Izotopy stabilne i Radiogenne w archeologii biologicznej: niektóre zastosowania. In J. B. West, G. J. Bowen, T. E. Dawson, and k. p. Tu (Eds.) Isoscapes: Understanding movement, pattern, and process on Earth through isotope mapping. Springer Science + Business Media B. V.