analiza izotopică este utilizată într-o varietate de domenii din toate științele, cum ar fi geologia, biologia, chimia organică și Ecologia. Arheologia, care este situată între științele naturii dure și științele sociale, a adaptat tehnicile dezvoltate în aceste domenii pentru a răspunde atât la întrebările arheologice, cât și la cele antropologice care se întind pe glob atât în timp, cât și în spațiu. Întrebările care sunt abordate în domeniul arheologiei se referă cel mai frecvent la studiul dietei și mobilității în populațiile anterioare. În timp ce majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu analiza izotopică legată de studiul datării cu radiocarbon sau C-14, mai puțini sunt familiarizați cu analiza altor izotopi care sunt prezenți în materialul biologic, cum ar fi osul uman sau animal. Izotopii cei mai studiați pentru a aborda aceste întrebări sunt Carbon-13 (13C), azot-15 (15N), oxigen-18 (18O) și stronțiu (87Sr/86Sr). Izotopii stabili ai 13C, 15N și 18O diferă de analiza 14C prin faptul că nu se descompun constant în timp, astfel nu există „timp de înjumătățire”.”Mai degrabă, ele rămân constante în timp, de unde și termenul de izotopi stabili. Explorarea identificatorilor izotopici ai mobilității, mediului și subzistenței în trecut are, de asemenea, relevanță contemporană prin faptul că poate ajuta la informarea politicilor referitoare la protecția patrimoniului, gestionarea resurselor și durabilitatea și, probabil, cel mai semnificativ, ne ajută să aflăm mai multe despre capacitatea remarcabilă a propriei specii de a se adapta și de a supraviețui în orice număr de circumstanțe de mediu și culturale.
metode de analiză a izotopilor
pentru a investiga izotopii stabili din oasele umane și animale, este necesară o probă foarte mică de os pentru analiză. Datorită progreselor în spectrometria de masă accelerată (AMS), se poate utiliza o probă mică care poate varia de la 200 miligrame la 1 gram de os. Atunci când materialul osos arheologic este slab conservat, este posibil să nu rămână suficient material biologic supraviețuitor pentru ca analiza să fie fiabilă. Cu toate acestea, în cazurile în care oasele sunt bine conservate, semnăturile izotopice sunt considerate reprezentative pentru specimenul individual (fie uman, fie animal) care este studiat.
proba osoasă mică este apoi tratată printr-un set de proceduri chimice, în funcție de analiza particulară în cauză. De exemplu, pentru analiza izotopilor stabili de carbon și azot, osul este spălat în acid clorhidric (HCl) pentru o perioadă adecvată de timp până când proba osoasă este gata pentru următoarele etape chimice. Aceste procese sunt efectuate pentru a extrage colagenul osos ” pur ” din componente suplimentare care alcătuiesc osul, cum ar fi lipidele și proteinele.
odată ce colagenul este extras, acesta este pregătit și cântărit pentru analiză în spectrometrul de masă. Spectrometrul de masă funcționează prin măsurarea maselor și a concentrațiilor relative ale atomilor și moleculelor. Acestea sunt comparate folosind materiale de referință standard stabilite de Agenția Internațională pentru Energie Atomică din Viena. Utilizarea standardelor globale și naționale (NIST) ca material de referință înseamnă că rezultatele izotopice pot fi comparate între siturile arheologice. Cu toate acestea, este important să ne amintim că valorile izotopice ale unui anumit timp și loc trebuie, de asemenea, determinate pentru a înțelege diferitele procese locale (de mediu și culturale) care sunt în mod constant la locul de muncă.
izotopii și studiul mediului
multe domenii științifice utilizează analiza izotopică pentru a studia climatul și mediul din trecut. Arheologia nu face excepție. Este important să se determine setarea de mediu a unui anumit timp și loc pentru a obține o mai bună înțelegere a factorilor care ar fi putut influența modul în care s-a dezvoltat o comunitate. Schimbările climatice pe termen lung și scurt pot avea un impact dramatic asupra modurilor în care oamenii își pot procura sau produce hrana. În plus, aceste tipuri de schimbări pot influența unde și/sau când oamenii se pot deplasa în tot peisajul. De exemplu, o schimbare a climatului de la un mediu mai cald sau mai arid la unul mai umed și mai blând, ar fi putut permite oamenilor să se mute într-o zonă nouă pentru a folosi resursele funciare care anterior nu erau potrivite pentru creșterea animalelor sau creșterea animalelor.
indicatorii izotopici ai mediului sunt cel mai adesea investigați prin studiul izotopilor de oxigen. Diferitele valori ale izotopilor de oxigen sunt reprezentative pentru climatele mai calde și mai uscate, comparativ cu cele mai reci și mai umede. În plus, izotopii de azot pot reflecta clima, prin faptul că plantele, animalele și oamenii care locuiesc în medii mai aride pot afișa valori îmbogățite ale azotului-15 în comparație cu cele din medii mai blânde. Acest lucru a fost găsit în cazul sitului găurii de bursuc, unde analiza mai multor oase de bizon a afișat valori de azot-15 îmbogățite semnificativ, indicând locuirea unui mediu extrem de arid.
izotopii și studiul dietei
studiul dietei popoarelor preistorice este o parte esențială a înțelegerii modului în care comunitățile din trecut au reușit să supraviețuiască și să se adapteze în anumite medii de mediu și sociale. Investigarea dietei anterioare sau paleodiet oferă indicii cu privire la modul în care strămoșii noștri au folosit resursele naturale și chiar cum și-au modificat propriile medii pentru a produce alimente. De exemplu, unul dintre cele mai studiate aspecte ale dietei umane din America de nord a fost investigarea introducerii și dezvoltării agriculturii porumbului (agricultura) ca formă majoră de subzistență în lumea nouă. Izotopii stabili de Carbon și azot sunt cei mai utilizați pentru reconstrucțiile dietetice. Acești izotopi au fost utilizați cel mai frecvent pentru a studia dietele animalelor marine versus terestre (terestre) și aportul anumitor tipuri de resurse vegetale (de exemplu porumb și mei).
izotopii pot fi utilizați pentru a evalua dieta, deoarece există o relație directă între tipul de alimente consumate și „semnătura” izotopică corespunzătoare Găsită în colagenul osos atât al oamenilor, cât și al animalelor. De exemplu, atunci când un animal, cum ar fi o vacă sau o oaie, mănâncă un anumit tip de iarbă sau plantă, va prezenta o valoare izotopică în oase sau dinți, care este reprezentativă pentru acel tip particular de iarbă sau plantă. În plus, deoarece oamenii consumă proteine animale, din resurse precum animale terestre (de ex., vaci, oi sau capre) și resurse acvatice (de exemplu, pești și crustacee) vor prezenta valori izotopice care le situează într-un anumit „nivel trofic.”Un nivel trofic este explicat cel mai simplu ca în cazul în care un organism (uman sau animal în aceste cazuri) este situat într-un anumit lanț alimentar.
variația și adaptarea în subzistență (sau dietă) pot fi stimulate de evoluțiile din circumstanțele socio-politice și economice, precum și de tranzițiile climatice și ecologice și chiar de alegerea individuală. Modificările dietei într-o anumită comunitate pot apărea atât la scară mare, cât și la scară mică, precum și rapid sau treptat în timp. Spre deosebire de alte căi de reconstrucție paleodietară, care se bazează în general pe dovezi arheologice, etnografice și istorice contextuale, analiza izotopilor stabili oferă o modalitate de a investiga direct compoziția dietetică prin analiza oaselor în sine.
izotopii și studiul mobilității
studiul mobilității și migrației în trecut poate fi abordat printr-o serie de metode arheologice diferite, cum ar fi studii de proveniență a sticlei, ceramicii și artefactelor metalice și, în unele cazuri, chiar prin studiul ADN-ului antic (aDNA). Oamenii se mișcă în multe scopuri diferite. Ei se pot muta în căutarea unor resurse mai optime, pentru căsătorie, război, comerț și o serie de alte motive. Izotopii de stronțiu (87Sr / 86Sr) și oxigen (18O) sunt cel mai frecvent utilizați pentru a reconstrui mișcările trecute atât ale oamenilor, cât și ale animalelor într-un anumit timp și loc. La investigarea mobilității, acești izotopi sunt utilizați pentru a determina dacă o persoană sau un animal este „local” într-o anumită zonă prin compararea valorilor izotopice din osul și smalțul dentar al specimenului cu valorile izotopice locale care trebuie stabilite pentru acea locație geografică specifică. Valorile „locale” ale unui anumit loc sunt determinate prin studierea geologiei subiacente a unui anumit loc, în cazul stronțiului, și prin analiza resurselor locale de apă subterană și a precipitațiilor (precipitații și zăpadă), în cazul oxigenului. Sub această ipoteză se ia că, dacă un individ afișează valori izotopice care sunt aceleași sau în intervalul pentru regiunea în care au fost descoperite (sau îngropate), atunci poate fi posibil să se sugereze că provin din zona inițială.
la oameni și animale, rapoartele izotopice ale osului și smalțului dentar reflectă substraturile geologice pe care au fost obținute aportul lor alimentar (plante, animale și apă). Valorile izotopului de stronțiu din osul și dinții umani pot fi utilizate pentru a determina locul posibil de rezidență a copilăriei pentru un individ atunci când gama de valori locale a fost stabilită în mod cuprinzător pentru o anumită zonă. De exemplu, unele studii au investigat smalțul dentar al indivizilor, care se formează în copilăria timpurie, și au comparat valorile izotopice cu valorile osoase ale aceluiași individ. Când cele două rezultate variază foarte mult, se poate determina că și-au petrecut cel puțin o parte din copilărie într-o locație geografică diferită de locul în care au fost îngropați și, în cele din urmă, recuperați prin investigații arheologice.
scris de Michelle Machicek, PhD (cercetător Postdoctoral), Universitatea Cornell, Departamentul de Antropologie și instituția Smithsonian, Muzeul Național de Istorie Naturală pentru Time Team America (2013).
Lecturi Suplimentare
Bentley, R. A., 2006. Izotopii de stronțiu de la pământ la scheletul arheologic: o recenzie. Jurnalul metodei și teoriei arheologice 13: 135-187.
Preț, D. T. 2008. Izotopii și migrația umană: studii de caz în biogeochimie. În H. Schutkowski (Ed.) Între biologie și Cultură. Cambridge: Cambridge University Press.
Schwarcz, H. P., White, C. D. și Longstaffe, F. J. 2010. Izotopi stabili și Radiogeni în arheologia biologică: unele aplicații. În J. B. West, G. J. Bowen, T. E. Dawson și K. P. Tu (Eds.) Isoscapes: înțelegerea mișcării, modelului și procesului pe Pământ prin cartografierea izotopilor. New York: Springer Science + Business Media B. V.