Isotopanalys används inom en mängd olika områden inom vetenskapen, såsom geologi, biologi, organisk kemi och ekologi. Arkeologi, som ligger mellan de hårda naturvetenskap och samhällsvetenskap, har anpassat de tekniker som utvecklats inom dessa områden för att svara på både arkeologiska och antropologiska frågor som spänner över hela världen över både tid och rum. De frågor som behandlas inom området arkeologi relaterar oftast till studier av kost och rörlighet i tidigare populationer. Medan de flesta är bekanta med isotopanalys relaterad till studien av radiokol dejting eller C-14, färre är bekanta med analysen av andra isotoper som finns i biologiskt material som mänskligt eller djurben. De mest studerade isotoperna för att ta itu med dessa frågor är kol-13 (13C), kväve-15 (15N), syre-18 (18O) och Strontium (87Sr/86Sr). De stabila isotoper av 13C, 15N och 18O skiljer sig från analysen av 14C i att de inte stadigt förfall över tiden, således finns det ingen ”halveringstid.”Snarare förblir de konstanta över tiden, därav termen stabila isotoper. Utforskningen av isotopiska identifierare av rörlighet, miljö, och uppehälle i det förflutna har också samtida relevans i att det kan bidra till att informera politik som rör arv skydd, resurshantering och, hållbarhet och kanske mest betydande, hjälpa oss att lära sig mer om den anmärkningsvärda förmåga vår egen art att anpassa sig och överleva i valfritt antal miljö-och kulturella omständigheter.
Isotopanalysmetoder
för att undersöka stabila isotoper från mänskliga och djurben behövs ett mycket litet benprov för analysen. På grund av framsteg i accelererad masspektrometri (AMS) kan ett litet prov som kan sträcka sig från 200 milligram till 1gram ben användas. När arkeologiskt benmaterial är dåligt bevarat kanske det inte finns tillräckligt med överlevande biologiskt material kvar för att analysen ska vara tillförlitlig. I de fall där benen är välbevarade anses de isotopiska signaturerna vara representativa för det enskilda provet (antingen människa eller djur) som studeras.
det lilla benprovet behandlas sedan genom en uppsättning kemiska procedurer, beroende på den aktuella analysen. Till exempel, för analys av kol-och kvävestabila isotoper, tvättas benet i saltsyra (HCl) under en lämplig tidsperiod tills benprovet är klart för nästa kemisteg. Dessa processer utförs för att extrahera det” rena ” benkollagen från ytterligare komponenter som utgör ben, såsom lipider och proteiner.
när kollagenet har extraherats bereds detta och vägs för analys i masspektrometern. Masspektrometern fungerar genom att mäta massorna och relativa koncentrationer av atomer och molekyler. Dessa jämförs med hjälp av standardreferensmaterial som fastställs av Internationella atomenergiorganet i Wien. Användningen av globala och nationella (NIST) standarder som referensmaterial innebär att isotopresultat kan jämföras mellan arkeologiska platser. Det är dock viktigt att komma ihåg att isotopvärdena för en viss tid och plats också måste bestämmas för att förstå de olika lokala processerna (miljö och kultur) som ständigt arbetar.
isotoper och studien av miljö
många vetenskapliga områden använder isotopanalys för att studera tidigare klimat och miljö. Arkeologi är inget undantag. Det är viktigt att bestämma miljöinställningen för en viss tid och plats för att få en bättre förståelse för de faktorer som kan ha påverkat hur ett samhälle utvecklades. Långsiktiga och kortsiktiga förändringar i klimatet kan ha en dramatisk inverkan på hur människor kan anskaffa eller producera sin mat. Dessutom kan dessa typer av förändringar påverka var och/eller när människor kan röra sig genom landskapet. Till exempel kan en klimatförändring från en varmare eller mer torr miljö till en som är våtare och mildare ha gjort det möjligt för människor att flytta in i ett nytt område för att utnyttja markresurser som tidigare inte var lämpliga för jordbruk eller djurhållning.
Isotopindikatorer för miljö undersöks oftast genom studier av syreisotoper. Olika syreisotopvärden är representativa för varmare och torrare klimat, kontra de som var kallare och våtare. Dessutom kan kväveisotoper reflektera klimatet, eftersom växter, djur och människor som bor i mer torra miljöer kan visa berikat kväve-15-värden jämfört med dem från mildare miljöer. Detta hittades i fallet med Badger Hole-platsen, där analys av flera av bisonbenen visade signifikant berikat kväve-15-värden, vilket indikerar beboendet i en extremt torr miljö.
isotoper och studien av Diet
studien av förhistoriska folks diet är en viktig del av förståelsen av hur tidigare samhällen kunde överleva och anpassa sig inom särskilda miljömässiga och sociala miljöer. Undersökningen av tidigare diet eller paleodiet ger ledtrådar om hur våra förfäder använde naturresurser och till och med hur de modifierade sina egna miljöer för att producera mat. Till exempel har en av de mest studerade aspekterna av mänsklig kost i Nordamerika varit undersökningen av införandet och utvecklingen av majsjordbruk (jordbruk) som en viktig form av uppehälle i den nya världen. Kol-och kvävestabila isotoper är de som används mest för dietrekonstruktioner. Dessa isotoper har oftast använts för att studera dieter av marina kontra markbundna (landbaserade) djur och intaget av vissa typer av växtresurser (till exempel majs och hirs).
isotoper kan användas för att bedöma kost eftersom det finns ett direkt samband mellan den typ av mat som konsumeras och motsvarande isotopiska ”signatur” som finns i benkollagen hos både människor och djur. Till exempel, när ett djur som en ko eller får äter en viss typ av gräs eller växt kommer de att uppvisa ett isotopvärde i sina ben eller tänder som är representativt för den specifika typen av gräs eller växt. Dessutom, som människor konsumerar animaliskt protein, från resurser som landdjur (t. ex. fisk och skaldjur) de kommer att uppvisa isotopvärden som placerar dem inom en viss ”trofisk nivå.”En trofisk nivå förklaras helt enkelt som var en organism (människa eller djur i dessa fall) ligger inom en viss livsmedelskedja.
Variation och anpassning i uppehälle (eller diet) kan stimuleras av utvecklingen i socio-politiska och ekonomiska omständigheter, liksom av klimat och ekologiska övergångar och även av individuella val. Förändringar i kost inom ett visst samhälle kan ske i både stora och små skalor, såväl som snabbt eller gradvis över tiden. Till skillnad från andra vägar för paleodietär rekonstruktion, som i allmänhet bygger på kontextuella arkeologiska, etnografiska och historiska bevis, stabil isotopanalys ger ett sätt att direkt undersöka kostsammansättning genom analys av benen själva.
isotoper och studien av rörlighet
studien av rörlighet och migration i det förflutna kan närma sig genom ett antal olika arkeologiska metoder, såsom härkomststudier av glas, keramik och metallföremål och i vissa fall även genom studier av forntida DNA (aDNA). Människor rör sig för många olika ändamål. De kan röra sig på jakt efter mer optimala resurser, för äktenskap, krigföring, handel, och en mängd andra skäl. Strontium (87Sr/86Sr) och syre (18O) isotoper används oftast för att rekonstruera tidigare rörelser hos både människor och djur inom en viss tid och plats. Vid undersökning rörlighet, dessa isotoper används för att avgöra om en person eller ett djur är ”lokal” till ett visst område genom att jämföra de isotopvärden från ben och tandemaljen av provet med lokala isotopvärden som måste fastställas för den specifika geografiska läge. De” lokala ” värdena för en viss plats bestäms genom att studera den underliggande geologin på en viss plats, i fallet med strontium, och genom analys av lokala grundvattenresurser och nederbörd (Nederbörd och snö), i fallet med syre. Under detta antagande tas det att om en individ visar isotopvärden som är desamma eller inom intervallet för regionen där de upptäcktes (eller begravdes) kan det vara möjligt att föreslå att de ursprungligen var från området.
hos människor och djur återspeglar isotopförhållandena mellan ben och dental emalj de geologiska substraten på vilka deras kostintag (växt, djur och vatten) hämtades. Strontiumisotopvärden från mänskligt ben och tänder kan användas för att bestämma den möjliga platsen för barndomsboende för en individ när utbudet av lokala värden har fastställts omfattande för ett visst område. Till exempel har vissa studier undersökt dental emalj av individer, som bildas i tidig barndom, och jämförde isotopvärdena med benvärdena för samma individ. När de två resultaten varierar kraftigt, det kan fastställas att de tillbringade minst en del av sin barndom på en geografisk plats som skilde sig från var de begravdes och så småningom återhämtade sig genom arkeologiska undersökningar.
skriven av Michelle Machicek, PhD (postdoktoral forskare), Cornell University, Institutionen för Antropologi och Smithsonian Institution, National Museum of Natural History för Time Team America (2013).
Vidare Läsning
Bentley, Ra, 2006. Strontiumisotoper från jorden till det arkeologiska skelettet: en recension. Tidskrift för arkeologisk metod och teori 13: 135-187.
Pris, D. T. 2008. Isotoper och mänsklig migration: fallstudier inom biogeokemi. I H. Schutkowski (Red.) Mellan biologi och kultur. Cambridge: Cambridge University Press.
Schwarcz, HP, Vit, CD och Longstaffe, fj 2010. Stabila och radiogena isotoper i biologisk arkeologi: vissa tillämpningar. I J. B. West, G. J. Bowen, T. E. Dawson och K. P. tu (red.) Isoscapes: förstå rörelse, mönster och process på jorden genom isotopkartläggning. New York: Springer Science + Affärsmedia B. V.