Obsidyen hidrasyon tarihleme - Obsidian hydration dating

Obsidiyen hidrasyon tarihlemesi (OHD), obsidiyenden yapılmış bir eserin yaşının mutlak veya göreceli olarak belirlenmesine yönelik jeokimyasal bir yöntemdir .

Volkanik a, volkanik cam üretiminde hammadde olarak tarih öncesi insanlar tarafından kullanılan taş araçları aracılığıyla bu mermi noktaları, bıçak ya da başka kesici takımlar olarak yongalamanın ya da bu basınç pullanma gibi kontrollü bir şekilde parçalar, kopma.

Obsidiyen, mineral hidrasyon özelliğine uyar ve havaya maruz kaldığında suyu iyi tanımlanmış bir oranda emer . İşlenmemiş bir obsidiyen nodülü başlangıçta kırıldığında, tipik olarak %1'den daha az su bulunur. Zamanla su , 40-80 güç büyütmeli yüksek güçlü mikroskop , derinlik profili gibi birçok farklı teknikle görülebilen ve ölçülebilen dar bir "bant", "kenar" veya "kabuk" oluşturarak esere yavaşça yayılır. SIMS ( ikincil iyon kütle spektrometrisi ) ve IR-PAS (kızılötesi fotoakustik spektroskopi) ile. Mutlak tarihleme için obsidiyen hidrasyonunu kullanmak için, numunenin maruz kaldığı koşullar ve kaynağı anlaşılmalı veya bilinen bir yaştaki numunelerle karşılaştırılmalıdır (örneğin ilgili malzemelerin radyokarbon tarihlemesinin bir sonucu olarak ).

Tarih

Obsidian hidratasyon partner tarafından 1960 yılında tanıtıldı Irving Friedman ve Robert Smith ve ABD Jeolojik Araştırmalar . İlk çalışmaları, batı Kuzey Amerika'daki arkeolojik alanlardan gelen obsidiyenlere odaklandı.

Obsidiyen hidrasyon tarihlemesinin ölçümünde İkincil iyon kütle spektrometrisinin (SIMS) kullanımı, 2002 yılında iki bağımsız araştırma ekibi tarafından tanıtıldı.

Bugün tekniği tarih tarih öncesi siteleri ve sitelere arkeologlar tarafından yaygın uygulandığı tarih öncesi de Kaliforniya ve Büyük Havzası Kuzey Amerika. Ayrıca Güney Amerika, Orta Doğu, Yeni Zelanda ve Akdeniz Havzası dahil Pasifik Adaları'nda da uygulanmıştır.

teknikler

geleneksel prosedür

Hidrasyon bandını ölçmek için, tipik olarak bir artefakttan küçük bir malzeme dilimi kesilir. Bu numune yaklaşık 30 mikrometre kalınlığa kadar öğütülür ve bir petrografik slayt üzerine monte edilir (buna ince kesit denir). Hidrasyon kabuğu daha sonra , tipik olarak mikrometrenin onda biri cinsinden, mesafeyi ölçmek için bazı yöntemlerle donatılmış yüksek güçlü bir mikroskop altında ölçülür . Teknisyen , yeni kırılmış yüzeylerde emilen mikroskobik su miktarını ölçer . Obsidiyen hidrasyon tarihlemesinin arkasındaki prensip basittir - artefakt yüzeyi ne kadar uzun süre maruz kalırsa, hidrasyon bandı o kadar kalın olacaktır.

İkincil iyon kütle spektrometrisi (SIMS) prosedürü

İkincil iyon kütle spektrometrisi tekniğinin derinlik profilleme yeteneği kullanılarak hidrasyon kenarının ölçülmesi durumunda, numune herhangi bir hazırlık veya kesme işlemi yapılmadan bir tutucuya monte edilir. Bu ölçüm yöntemi tahribatsızdır. İki genel SIMS modu vardır: birincil iyon akım yoğunluğuna bağlı olarak statik mod ve dinamik mod ve üç farklı kütle spektrometresi türü: manyetik sektör, dört kutuplu ve uçuş süresi (TOF). Herhangi bir kütle spektrometresi statik modda (çok düşük iyon akımı, bir üst tek atomlu katman analizi) ve dinamik modda (yüksek iyon akımı yoğunluğu, derinlemesine analiz) çalışabilir.

Obsidiyen yüzey araştırmalarında SIMS'in kullanımı nispeten seyrek olmakla birlikte, OHD tarihlemesinde büyük ilerleme sağlamıştır. SIMS genel olarak operasyonlarına göre dört enstrümantal kategoriye atıfta bulunur; statik, dinamik, dört kutuplu ve uçuş süresi, TOF. Özünde, çok sayıda kimyasal element ve moleküler yapı üzerinde esasen tahribatsız bir şekilde büyük bir çözünürlüğe sahip bir tekniktir. OHD'ye tamamen yeni bir gerekçe ile bir yaklaşım, tekniğin hem doğruluğunu hem de kesinliğini geliştirecek şekilde iyileştirilmesinin mümkün olduğunu ve güvenilir kronolojik veriler üreterek potansiyel olarak faydayı genişleteceğini öne sürüyor. Anovitz ve ark. SIMS tarafından elde edilen H+ profilini detaylandıran sayısal çözümleri (sonlu fark (FD) veya sonlu eleman) izleyerek yalnızca bileşime bağlı difüzyona dayanan bir model sundu. Modelin bir testi, Riciputi ve ark. Bu teknik, zamanın bir fonksiyonu olarak tüm difüzyon profilinin oluşumunu modellemek için sayısal hesaplamayı kullandı ve elde edilen eğriyi hidrojen profiline uydurdu. FD denklemleri, SIMS H+ difüzyon profilinin cama ve karakteristik noktalarına difüze olurken suyun davranışı hakkında bir takım varsayımlara dayanmaktadır.

Yunanistan'ın Rodos kentinde, Ioannis Liritzis'in yönlendirmesi ve icadı altında, tarihleme yaklaşımı, Fick'in difüzyon yasasını izleyerek S-benzeri hidrojen profilini SIMS ile modellemeye ve yüzey doygunluk tabakasının anlaşılmasına dayanmaktadır (bkz. Şekil). Aslında, yüzeydeki doygunluk tabakası, su molekülleri için difüzyon mekanizmasının kinetiğini, obsidiyenin spesifik kimyasal yapısını ve difüzyonu etkileyen dış koşulları (sıcaklık, bağıl) içeren faktörlere bağlı olarak belirli bir derinliğe kadar oluşur. nem ve basınç). Birlikte bu faktörler, dış yüzey tabakasında yaklaşık olarak sabit bir sınır konsantrasyon değerinin oluşmasına neden olur. Difüzyon son ürünü kullanılarak, bir kavramsal modelin H eksprese belli bir başlangıç ve sınır şartları ve uygun fiziko-kimyasal mekanizmalar göre geliştirilmiştir 2 difüzyon / zaman denklemine olarak derinlik profilinin karşı O konsantrasyonu.

Bu son ilerleme, yeni ikincil iyon kütle spektrometrisi-yüzey doygunluğu (SIMS-SS), bu nedenle, yüzeyin hidrojen konsantrasyon profilinin derinliğe karşı modellenmesini içerirken, yaş tayinine difüzyon sürecini tanımlayan denklemler yoluyla ulaşılırken, topografik etkilerin etkisi vardır. atomik kuvvet mikroskobu ile doğrulandı ve izlendi .

sınırlamalar

Obsidiyen hidrasyon bant kalınlığının mutlak yaşla basit korelasyonunu birkaç faktör karmaşıklaştırmaktadır. Sıcaklığın hidrasyon sürecini hızlandırdığı bilinmektedir. Bu nedenle, örneğin daha düşük bir yükseklikte olmak gibi daha yüksek sıcaklıklara maruz kalan eserler daha hızlı hidratlanıyor gibi görünüyor. Ayrıca, içsel su içeriği de dahil olmak üzere obsidiyen kimyası, hidrasyon oranını etkiliyor gibi görünüyor. Bir kez arkeolog için kontrol edebilirsiniz jeokimyasal (genellikle bir "etkili hidratasyon ısısını" olarak EHT katsayısı kullanılarak yaklaşık) obsidyenin imza (örneğin, "kaynak") ve sıcaklık, o obsidyen kullanarak eser tarih mümkün olabilir hidrasyon tekniği. Su buharı basıncı da obsidiyen hidrasyon oranını etkileyebilir.

Friedman'ın ampirik yaş denklemine ( x²=kt , burada x hidrasyon kenarının kalınlığı, k difüzyon katsayısı ve t zamandır) dayanan yöntemin güvenilirliği sıcaklığa bağlı olarak, prosedür ve uygulamalar üzerinde bazı başarılı denemeler dışında, numune ve saha başına zaman ve difüzyon hızının belirlenmesi. SIMS-SS yaş hesaplama prosedürü iki ana adıma ayrılmıştır. İlk adım, SIMS profilinin (denk. 1) bir 3. dereceden uygun polinomunun hesaplanmasıyla ilgilidir. İkinci aşama, doygunluk katmanının, yani derinliğinin ve konsantrasyonunun belirlenmesi ile ilgilidir. Tüm bilgi işlem işlemi, Matlab (sürüm 7.0.1) yazılım paketinde oluşturulmuş, grafiksel bir kullanıcı arabirimine sahip ve Windows XP altında yürütülebilir bağımsız bir yazılıma gömülüdür. Bu nedenle, günümüzden önceki yıllarda SIMS-SS yaş denklemi denklemde verilmiştir. 2:


Denk. 1 SIMS profilinin uydurma polinomu


Denk. 2 SIMS-SS yaş denklemi, günümüzden önceki yıllarda

Burada, Ci, suyun içsel konsantrasyonu, Cs doyma konsantrasyonu, dC/dx x=0 derinliği için difüzyon katsayısı, k, Crank'in teorik difüzyon eğrileri ailesinden türetilmiştir ve etkili bir difüzyon katsayısıdır (denk. 3) uygun polinomun ters gradyanını iyi tarihli örneklerle ilişkilendiren:

D s,eff = aD s + b/ (10 22 D s ) = 8.051e −6 D s +0.999/(1022D s ), Denk. 3

burada Ds = (1/(dC/dx))10 −11 sabit bir akı varsayılır ve birlik olarak alınır. Denk. (2) ve birlik varsayımı daha fazla araştırma konusudur.

Çeşitli ticari şirketler ve üniversite laboratuvarları obsidiyen hidrasyon hizmetleri sunmaktadır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

alıntılar

Genel referanslar

  • Ambrose, W.; Novak, GB; Abdülrehim, İ. (2004). "Hidratasyon oranlarını ve site termometrisini belirlemek için toz obsidiyen". Akdeniz Arkeolojisi ve Arkeometrisi . 4 (2): 17–31.
  • Liritzis (2006). "SIMS-SS Yeni bir obsidiyen hidrasyon tarihleme yöntemi: analiz ve teorik ilkeler". arkeometri . 48 (3): 533-547. doi : 10.1111/j.1475-4754.2006.00271.x .
  • Rogers, AK (2008). "Obsidyen etkili hidrasyon sıcaklığını hesaplamak için bir algoritmanın alan veri doğrulaması". Arkeoloji Bilimi Dergisi . 35 (2): 441–447. doi : 10.1016/j.jas.2007.04.009 .
  • Eerkens, JW; Vaughn, KJ; Marangoz, TR; Conlee, CA; Linares Grados, Moises; Schreiber, K (2008). "Peru'nun Güney Kıyısında kalma obsidiyen hidrasyonu". Arkeoloji Bilimi Dergisi . 35 (8): 2231-2239. doi : 10.1016/j.jas.2008.02.009 .
  • Liritzis, ben; Laskaris, N (2009). "İkincil iyon kütle spektrometrisi ile tarihlenen obsidiyen hidrasyondaki gelişmeler: Dünya örnekleri. Nucl. Instrum. Methods In". Fizik Araştırması B . 267 : 144-150. doi : 10.1016/j.nimb.2008.10.092 .

Dış bağlantılar