Arkeolojide Kararlı İzotop Analizi

Kararlı izotop analizi arkeologlar ve diğer akademisyenler tarafından bir hayvanın kemiklerinden bilgi toplamak için kullanılan bilimsel bir tekniktir. fotosentez ömrü boyunca tükettiği bitkilerin işlemi. Bu bilgi, beslenme alışkanlıklarının beslenme alışkanlıklarının belirlenmesinden çok sayıda uygulamada çok faydalıdır. ele geçirilen kokain ve yasadışı olarak haşlanmış gergedanların tarımsal kökenlerini izlemek için eski hominid ataları Boynuz.

Tüm dünya ve atmosferi, oksijen, karbon ve azot gibi farklı elementlerin atomlarından oluşur. Bu elementlerin her birinin atom ağırlıklarına (her atomdaki nötron sayısı) bağlı olarak çeşitli formları vardır. Örneğin, atmosferimizdeki tüm karbonun yüzde 99'u Karbon-12; ancak geri kalan yüzde bir karbon, Karbon-13 ve Karbon-14 olarak adlandırılan biraz farklı iki karbon formundan oluşur. Karbon-12 (kısaltılmış 12C), 6 proton, 6 nötron ve 6 elektrondan oluşan 12 atom ağırlığına sahiptir - 6 elektron atom ağırlığına hiçbir şey eklemez. Karbon-13 (13C) hala 6 proton ve 6 elektrona sahiptir, ancak 7 nötronu vardır. Karbon-14 (14C), 6 proton ve 8 nötrona sahiptir, bu da kararlı bir şekilde bir arada tutmak için çok ağırdır ve fazlalıktan kurtulmak için enerji yayar, bu yüzden bilim adamları buna "

Her üç form da aynı şekilde tepki verir; karbonu oksijenle birleştirirseniz daima karbon dioksit, ne kadar nötron olursa olsun. 12C ve 13C formları kararlıdır - yani zamanla değişmezler. Karbon-14 ise istikrarlı değildir, bunun yerine bilinen bir oranda bozulur - bu nedenle hesaplamak için karbon-13'e kalan oranını kullanabiliriz radyokarbon tarihleri, ama bu tamamen başka bir mesele.

Karbon-12'nin Karbon-13'e oranı dünya atmosferinde sabittir. Bir 13C atomuna her zaman yüz 12C atomu vardır. Fotosentez sürecinde, bitkiler yeryüzündeki atmosfer, su ve topraktaki karbon atomlarını emer ve yaprak, meyve, fındık ve kök hücrelerinde saklar. Ancak, karbon formlarının oranı fotosentez işleminin bir parçası olarak değişir.

Fotosentez sırasında bitkiler, farklı iklim bölgelerinde 100 12C / 1 13C kimyasal oranını farklı şekilde değiştirir. Çok fazla güneş ve az su bulunan bölgelerde yaşayan bitkiler, hücrelerinde ormanlarda veya sulak alanlarda yaşayan bitkilerden daha az 12C atomuna sahiptir (13C'ye kıyasla). Bilim adamları bitkileri kullandıkları fotosentez versiyonuna göre sınıflandırırlar. C3, C4 ve CAM.

12C / 13C oranı bitkinin hücrelerine bağlanır ve hücreler burada besin zincirinden geçerken (yani kökler, yapraklar ve meyveler) hayvanlar ve insanlar tarafından yenilir), 12C'nin 13C'ye oranı, hayvanların kemiklerinde, dişlerinde ve saçlarında depolandığı için neredeyse değişmeden kalır ve insanlar.

Başka bir deyişle, bir hayvanın kemiklerinde depolanan 12C'nin 13C'ye oranını belirleyebilirseniz, yedikleri bitkilerin C4, C3 veya CAM süreçleri kullanıp kullanmadığı ve dolayısıyla bitkilerin ortamının ne olduğu sevmek. Başka bir deyişle, yerel olarak yediğinizi varsayarsak, yaşadığınız yer yediklerinizle kemiklerinize bağlıdır. Bu ölçüm, kütle spektrometresi analizi.

Karbon, istikrarlı izotop araştırmacıları tarafından kullanılan tek unsur uzun zamandır değil. Şu anda araştırmacılar, oksijen, azot, stronsiyum, hidrojen, kükürt, kurşun ve bitkiler ve hayvanlar tarafından işlenen diğer birçok elementin kararlı izotop oranlarını ölçmeye çalışıyorlar. Bu araştırma, insan ve hayvan diyet bilgilerinin inanılmaz çeşitliliğine yol açtı.

İstikrarlı izotop araştırmalarının ilk arkeolojik uygulaması Güney Afrikalı arkeolog tarafından 1970'lerde yapıldı. Nikolaas van der Merwekazı yapan Afrika Demir Çağı Güney Afrika'daki Transvaal Lowveld'de Phalaborwa adı verilen birkaç yerden biri olan Kgopolwe 3'ün sitesi.

Van de Merwe, kül yığınında köyden diğer mezarlara benzemeyen bir insan erkek iskeleti buldu. İskelet morfolojik olarak Phalaborwa'nın diğer sakinlerinden farklıydı ve tipik köylülerden tamamen farklı bir şekilde gömülmüştü. Adam bir Hoisan'a benziyordu; ve Khoisans atalarının Sotho kabileleri olan Phalaborwa'da olmamalı. Van der Merwe ve meslektaşları J. C. Vogel ve Philip Rightmire kemiklerindeki kimyasal imzayı ve ilk Sonuçlar, adamın bir şekilde Hoisan köyünden bir sorgum çiftçisi olduğunu ve Kgopolwe 3.

Phalaborwa çalışmasının tekniği ve sonuçları, SUNY Binghamton'da van der Merwe'nin öğrettiği bir seminerde tartışıldı. O zaman, SUNY Geç Woodland mezarlarını araştırıyordu ve birlikte, mısır (Amerikan mısır, subtropikal C4 evcil bir) diyete daha önce sadece C3 bitkilere erişimi olan kişilerde tanımlanabilirdi: ve öyleydi.

Bu çalışma, 1977'de kararlı izotop analizi uygulayan ilk yayınlanmış arkeolojik çalışma oldu. Bir Arkaik (M.Ö. 2500-2000) ve Erken Woodland'dan insan kaburgalarının kolajenindeki kararlı karbon izotop oranlarını (13C / 12C) karşılaştırdılar. (MÖ 400-100) New York'taki (yani, mısır bölgeye gelmeden önce) arkeolojik alan, Geç Woodland'dan kaburgalarda 13C / 12C oranlarıyla (CA. 1000–1300 CE) ve aynı bölgeden bir Tarihi Dönem alanı (mısır geldikten sonra). Kaburgalardaki kimyasal imzaların, mısırın erken dönemlerde bulunmadığını, ancak Geç Woodland zamanına kadar temel bir gıda haline geldiğinin bir göstergesi olduğunu gösterebildiler.

Bu gösteri ve kararlı karbon izotoplarının doğada dağılımı için mevcut kanıtlara dayanarak, Vogel ve van der Merwe tekniğin Amerika'nın ormanlık alanlarındaki ve tropik ormanlarındaki mısır tarımını tespit etmek için kullanılabileceğini; kıyı topluluklarının diyetlerinde deniz ürünlerinin önemini belirlemek; karışık beslenen otçulların tarama / otlatma oranlarına dayanarak savanlarda bitki örtüsünde zaman içindeki değişiklikleri belgelemek; ve muhtemelen adli soruşturmalardaki kökenleri belirlemek.

1977'den bu yana, kararlı izotop analizi uygulamaları, hidrojen, karbon, azot, oksijen ve kükürt ışık elementlerinin kararlı izotop oranlarını kullanarak sayı ve genişlikte patladı insan ve hayvan kemiği (kollajen ve apatit), diş minesini ve saçı, ayrıca yüzeye pişirilmiş veya seramik duvarı içine emilerek diyetleri ve suyu belirlemek için emilir. kaynaklar. Bu tür diyetleri araştırmak için hafif kararlı izotop oranları (genellikle karbon ve azot) kullanılmıştır deniz canlıları gibi bileşenler (örneğin mühürler, balıklar ve kabuklu deniz ürünleri), mısır ve darı; ve büyükbaş hayvancılık (çanak çömlekte süt artıkları) ve anne sütü (sütten kesim yaşı, diş sırasında tespit edilmiştir). Günümüzden eski atalarımıza kadar homininler üzerinde diyet çalışmaları yapılmıştır Homo habilis ve Australopithecinelerin.

Diğer izotopik araştırmalar, şeylerin coğrafi kökenlerini belirlemeye odaklanmıştır. Bazen stronsiyum gibi ağır elementlerin izotoplarını içeren çeşitli stabil izotop oranları ve kurşun, antik kent sakinlerinin göçmen olup olmadığını belirlemek için kullanıldı yerel olarak; kaçak halkaları kırmak için haşlanmış fildişi ve gergedan boynuzu kökenlerini izlemek; ve sahte 100 dolarlık banknot yapmak için kullanılan kokain, eroin ve pamuk lifinin tarımsal kökenlerini belirlemek.

Yararlı bir uygulamaya sahip olan diğer bir izotopik fraksiyonlama örneği, 1H ve 2H (hidrojen dösemi) ve 16O ve 18O oksijen izotoplarını içeren sabit hidrojen izotoplarını içeren yağmuru içerir. Su ekvatorda büyük miktarlarda buharlaşır ve su buharı kuzey ve güneye dağılır. H2O dünyaya geri döndüğünde, ağır izotoplar önce yağar. Kutuplarda kar olarak düştüğü zaman, hidrojen ve oksijenin ağır izotoplarında nem ciddi şekilde tükenir. Bu izotopların yağmurda (ve musluk suyunda) küresel dağılımı haritalanabilir ve tüketicilerin kökenleri saçın izotop analizi ile belirlenebilir.

• Grant, Jennifer. "Ve Hayvan Sürülmesinin Önemi: Güney Arjantin Puna'sından Yabani ve Evcilleştirilmiş Devegillerde İzotopik Kanıtlar (2120-420years BP)." Arkeoloji Bilimleri Dergisi: Raporlar 11 (2017): 29–37. Yazdır.
• Iglesias, Carlos ve diğ. "Kararlı İzotop Analizi Subtropikal ve Ilıman Sığ Göl Gıda Ağları Arasındaki Önemli Farklılıkları Doğrular"Hydrobiologia 784.1 (2017): 111-23. Yazdır.
• Katzenberg, M. Anne ve Andrea L. Waters-Rist. "Kararlı İzotop Analizi: Geçmiş Diyet, Demografi ve Yaşam Tarihinin incelenmesi için bir araç." İnsan İskeletinin Biyolojik Antropolojisi. Ed. Katzenberg, M. Anne ve Anne L. Grauer. 3. baskı. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2019. 467–504. Yazdır.
• Fiyat, T. Douglas ve ark. "İzotopik Korunması ." eskilik 90.352 (2016): 1022–37. Yazdır.Viking Öncesi Yaş Estonya Salme Gemi Mezarları
• Sealy, J. C. ve N. J. van der Merwe. ""Batı Cape Diyet Rekonstrüksiyon Yaklaşımları: Ne yiyorsun?" - Parkington bir Yanıt." Arkeoloji Bilimleri Dergisi 19.4 (1992): 459–66. Yazdır.
• Somerville, Andrew D., vd. "Tiwanaku Kolonilerinde Diyet ve Cinsiyet: Peru Moquegua'dan İnsan Kemik Kollajen ve Apatitinin Kararlı İzotop Analizi." Amerikan Fiziksel Antropoloji Dergisi 158.3 (2015): 408–22. Yazdır.
• Sugiyama, Nawa, Andrew D. Somerville ve Margaret J. Schoeninger. "Teotihuacan, Meksika'da İstikrarlı İzotoplar ve Zooarkeoloji Mesoamerica'daki Yabani Etobur Yönetiminin İlk Kanıtı." BİRİ PLOS 10.9 (2015): e0135635. Yazdır.
• Vogel, J.C. ve Nikolaas J. Van der Merwe. "New York Eyaletinde Erken Mısır Yetiştiriciliğinde İzotopik Kanıt." Amerikan Antik Kenti 42.2 (1977): 238–42. Yazdır.