Hidracija z obsidianom – poceni, a problematična tehnika zmenkov

Izdanek obsidiana blizu preloma San Andreas na Red Hillu, vulkan Salton Butte blizu Calipatrije v Kaliforniji. David McNew / Novice Getty Images / Getty Images

Datiranje hidracije obsidiana (ali OHD) je a znanstvena tehnika datiranja , ki uporablja razumevanje geokemične narave vulkanskega stekla (a silikat ) klical obsidian zagotoviti tako relativne kot absolutne datume artefaktov. Obsidian izvira po vsem svetu in so ga najraje uporabljali izdelovalci kamnitih orodij, ker je zelo enostaven za obdelavo, je zelo oster, ko ga zlomimo, in je na voljo v različnih živih barvah, črni, oranžni, rdeči, zeleni in prozorni .

Hitra dejstva: Obsidian Hydration Dating

• Obsidian Hydration Dating (OHD) je znanstvena tehnika datiranja, ki uporablja edinstveno geokemično naravo vulkanskih stekel.
• Metoda temelji na izmerjeni in predvidljivi rasti skorje, ki nastane na steklu, ko je prvič izpostavljen atmosferi.
• Težava je v tem, da je rast skorje odvisna od treh dejavnikov: temperature okolja, tlaka vodne pare in kemije samega vulkanskega stekla.
• Nedavne izboljšave pri merjenju in analitični napredek pri absorpciji vode obljubljajo rešitev nekaterih težav.

Kako in zakaj deluje hidracijski zmenek z obsidianom

Obsidian vsebuje vodo, ujeto v njem med nastajanjem. V svojem naravnem stanju ima a debela skorja nastane z difuzijo vode v atmosfero, ko se ta prvič ohladi - strokovni izraz je 'hidratizirana plast'. Ko je sveža površina obsidiana izpostavljena atmosferi, na primer, ko se razbije, da se naredi a kamnito orodje , se absorbira več vode in skorja začne ponovno rasti. Ta nova skorja je vidna in jo je mogoče izmeriti z visoko povečavo (40–80x).

Prazgodovinske lupine se lahko razlikujejo od manj kot 1 mikrona (µm) do več kot 50 µm, odvisno od dolžine časa izpostavljenosti. Z merjenjem debeline je mogoče enostavno ugotoviti, ali je določen artefakt starejši od drugega ( relativna starost ). Če je znana hitrost, s katero voda difundira v kozarec za določen kos obsidiana (to je zapleten del), lahko uporabite OHD za določitev absolutna starost predmetov. Razmerje je razorožujoče preprosto: Starost = DX2, kjer je Starost izražena v letih, D je konstanta in X je debelina hidratacijske skorje v mikronih.

Definiranje konstante

Obsidian, naravno vulkansko steklo, ki kaže skorjo, Montgomery Pass, Mineral County, Nevada. John Cancalosi / Oxford Scientific / Getty Images

Gotovo je gotovo, da so ga uporabljali vsi, ki so kdaj izdelovali kamnito orodje in so vedeli za obsidian in kje ga najti: kot steklo se lomi na predvidljive načine in ustvarja nadvse ostre robove. Izdelava kamnitih orodij iz surovega obsidiana zlomi skorjo in začne šteti obsidianova ura. Merjenje rasti skorje od preloma je mogoče opraviti z delom opreme, ki verjetno že obstaja v večini laboratorijev. Sliši se popolno, kajne?

Težava je v tem, da mora konstanta (tisti zahrbtni D tam zgoraj) združevati vsaj tri druge dejavnike, za katere je znano, da vplivajo na hitrost rasti skorje: temperaturo, tlak vodne pare in kemijo stekla.

Lokalna temperatura niha dnevno, sezonsko in v daljših časovnih obdobjih v vsaki regiji na planetu. Arheologi to prepoznajo in so začeli ustvarjati model efektivne temperature hidracije (EHT) za sledenje in upoštevanje učinkov temperature na hidracijo kot funkcijo letne srednje temperature, letnega temperaturnega razpona in dnevnega temperaturnega razpona. Včasih znanstveniki dodajo globinski korekcijski faktor, da bi upoštevali temperaturo zakopanih artefaktov, ob predpostavki, da so podzemni pogoji bistveno drugačni od površinskih – vendar učinki še niso bili preveč raziskani.

Vodna para in kemija

Učinki nihanja tlaka vodne pare v podnebju, kjer je bil najden artefakt iz obsidiana, niso preučevali tako intenzivno kot učinki temperature. Na splošno se vodna para spreminja glede na nadmorsko višino, zato lahko običajno domnevate, da je vodna para konstantna znotraj mesta ali regije. Toda OHD je težaven v regijah, kot je Andi gore Južne Amerike, kamor so ljudje prinesli svoje artefakte iz obsidiana ogromne spremembe nadmorske višine , od obalnih območij z morsko gladino do 4000 metrov (12.000 čevljev) visokih gora in višje.

Še težje je upoštevati razliko kemija stekla v obsidianih. Nekateri obsidiani hidrirajo hitreje kot drugi, tudi v popolnoma enakem okolju za odlaganje. Ti lahko vir obsidian (to pomeni, identificirajte naravni izdan, kjer je bil najden kos obsidiana), in tako lahko popravite to variacijo z merjenjem stopenj v viru in uporabo teh za ustvarjanje hidracijskih krivulj, specifičnih za vir. Ker pa se lahko količina vode v obsidianu spreminja celo znotraj obsidianovih nodulov iz enega vira, lahko ta vsebnost bistveno vpliva na ocene starosti.

Raziskave vodne strukture

Metodologija za prilagoditev kalibracij za spremenljivost podnebja je nova tehnologija v 21. stoletju. Nove metode kritično ovrednotijo ​​globinske profile vodika na hidriranih površinah z uporabo sekundarne ionske masne spektrometrije (SIMS) ali infrardeče spektroskopije s Fourierjevo transformacijo. Notranja struktura vsebnosti vode v obsidianu je bila opredeljena kot zelo vplivna spremenljivka, ki nadzoruje hitrost difuzije vode pri sobni temperaturi. Ugotovljeno je bilo tudi, da se takšne strukture, tako kot vsebnost vode, razlikujejo znotraj priznanih virov kamnoloma.

Skupaj z natančnejšo merilno metodologijo lahko tehnika poveča zanesljivost OHD in zagotovi okno v oceno lokalnih podnebnih pogojev, zlasti paleotemperaturnih režimov.

Zgodovina obsidiana

Obsidianov merljiva stopnja rasti skorje je priznana od leta 1960. Leta 1966 so geologi Irving Friedman, Robert L. Smith in William D. Long objavili prvo študijo, rezultate eksperimentalne hidracije obsidiana iz gorovja Valles v Novi Mehiki.

Od takrat je bil dosežen znaten napredek pri priznanih vplivih vodne pare, temperature in kemije stekla, pri čemer je bilo prepoznanih in upoštevanih velik del variacij, ustvarjenih tehnik z višjo ločljivostjo za merjenje skorje in definiranje difuzijskega profila ter izumljanje in izboljšanje novih modeli za EFH in študije mehanizma difuzije. Kljub svojim omejitvam so hidrirani datumi obsidiana veliko cenejši od radiokarbonskih in so danes standardna praksa datumov v mnogih regijah sveta.

Viri

• Liritzis, Ioannis in Nikolaos Laskaris. ' Petdeset let hidratacije obsidiana v arheologiji. ' Journal of Non-Crystalline Solids 357.10 (2011): 2011–23. Tiskanje.
• Nakazava, Juiči. Pomen hidracijskega datiranja obsidiana pri ocenjevanju celovitosti holocenskega Middena, Hokkaido, severna Japonska. ' Quaternary International 397 (2016): 474–83. Tiskanje.
• Nakazawa, Yuichi, et al. Sistematična primerjava meritev hidracije obsidiana: prva uporaba mikroslike s sekundarno ionsko masno spektrometrijo na prazgodovinskem obsidianu .' Quaternary International (2018). Tiskanje.
• Rogers, Alexander K. in Daron Duke. ' Nezanesljivost metode inducirane hidracije obsidiana s skrajšanimi protokoli vročega namakanja .' Journal of Archaeological Science 52 (2014): 428–35. Tiskanje.
• Rogers, Alexander K. in Christopher M. Stevenson. ' Protokoli za laboratorijsko hidracijo obsidiana in njihov učinek na natančnost stopnje hidracije: študija simulacije Monte Carlo .' Journal of Archaeological Science: Poročila 16 (2017): 117–26. Tiskanje.
• Stevenson, Christopher M., Alexander K. Rogers in Michael D. Glascock. ' Variabilnost strukturne vsebnosti vode v obsidianu in njen pomen pri hidratacijskem datiranju kulturnih artefaktov .' Journal of Archaeological Science: Poročila 23 (2019): 231–42. Tiskanje.
• Tripcevich, Nicholas, Jelmer W. Eerkens in Tim R. Carpenter. ' ' Hidracija obsidiana na visoki nadmorski višini: arhaično pridobivanje kamnolomov pri izviru Chivay, južni Peru .' Journal of Archaeological Science 39.5 (2012): 1360–67. Tiskanje.