Стабилна анализа изотопа у археологији

Стабилна анализа изотопа је научна техника коју археолози и други научници користе за прикупљање информација са костију животиње за идентификацију фотосинтеза процес биљака које је конзумирао током свог животног века. Ове информације су изузетно корисне у великом броју примена, од утврђивања прехрамбених навика древни преци хоминида у потрази за пољопривредним пореклом одузетог кокаина и илегално прободеног носорога рог.

Читаву земљу и њену атмосферу чине атоми различитих елемената, попут кисеоника, угљеника и азота. Сваки од ових елемената има неколико облика, заснованих на њиховој атомској тежини (броју неутрона у сваком атому). На пример, 99 процената целокупног угљеника у нашој атмосфери постоји у облику који се зове угљен-12; али преостали један проценат угљеника чине два незнатно различита облика угљеника, под називом Царбон-13 и Царбон-14. Угљен-12 (скраћено 12Ц) има атомску тежину од 12, коју чине 6 протона, 6 неутрона и 6 електрона - 6 електрона не додају ништа атомској маси. Угљеник-13 (13Ц) још увек има 6 протона и 6 електрона, али има 7 неутрона. Угљен-14 (14Ц) има 6 протона и 8 неутрона, који је претежак да би се стабилно држао заједно, и емитује енергију да би се ослободио вишка, због чега га научници називају „

Сва три облика реагују на потпуно исти начин - ако комбинујете угљеник и кисеоник увек добијате угљен диоксид, без обзира колико неутрона има. Обрасци 12Ц и 13Ц су стабилни - то јест, не мењају се током времена. Угљен-14, са друге стране, није стабилан, већ уместо тога пропада познатом брзином - због тога можемо да искористимо његов преостали омјер угљеника-13 за израчунавање датуми радиокарбона, али то је сасвим друго питање.

Однос угљеника-12 и угљеника-13 је константан у земљиној атмосфери. Увек постоји сто атома од 12Ц до једног атома 13Ц. Током процеса фотосинтезе биљке апсорбују атоме угљеника у земљиној атмосфери, води и земљишту и складиштају их у ћелијама њиховог лишћа, плодова, орашастих плодова и корена. Али, однос облика угљеника се мења у оквиру процеса фотосинтезе.

Током фотосинтезе, биљке различито мењају хемијски однос 100 12Ц / 1 13Ц у различитим климатским регионима. Биљке које живе у регионима са много сунца и мало воде имају релативно мање атома 12Ц у својим ћелијама (у поређењу са 13Ц) него биљке које живе у шумама или мочварама. Научници категоришу биљке према верзији фотосинтезе коју користе у групе назване Ц3, Ц4 и ЦАМ.

Однос 12Ц / 13Ц се уграђује у ћелије биљке и - ево најбољег дела - како ћелије прелазе у прехрамбени ланац (тј. Корење, лишће и плод једу животиње и људи), однос 12Ц према 13Ц остаје практично непромењен јер је заузврат смештен у костима, зубима и длаци животиња и људи.

Другим речима, ако можете да одредите однос 12Ц према 13Ц који је смештен у костима животиње, можете да схватите да ли су биљке које су јеле користиле процесе Ц4, Ц3 или ЦАМ, и према томе, какво је окружење биљака као. Другим речима, ако претпоставите да једете локално, тамо где живите, у ваше кости је уплетено оно што једете. То мерење врши анализа масеног спектрометра.

Угљик није дуги снимак једини елемент који користе истраживачи стабилних изотопа. Тренутно истраживачи гледају на мерење односа стабилних изотопа кисеоника, азота, стронцијума, водоника, сумпора, олова и многих других елемената које обрађују биљке и животиње. То истраживање је довело до једноставно невероватне разноликости информација о исхрани људи и животиња.

Прва археолошка примена стабилних изотопских истраживања била је 1970-их од стране јужноафричког археолога Николаас ван дер Мерве, који је ископавао у Жељезно доба Африке локација Кгополве 3, једно од неколико локација у трансваалском Ловвелд-у Јужне Африке, названо Пхалаборва.

Ван де Мерве је у хрпи пепела пронашао људски скелет мушкарца који није личио на остале сахране из села. Костур је, морфолошки, био другачији од осталих становника Пхалаборве-а и сахрањен је на потпуно другачији начин од типичног сељана. Човек је изгледао као Кхоисан; а Хоисанс није требало да буде у Пхалаборва, који су били соточки племенски преци. Ван дер Мерве и његове колеге Ј. Ц. Вогел и Филип Ригхтмире одлучили су да погледају хемијски потпис у његовим костима и почетни Резултати су сугерисали да је тај човек био сортар из кхоисанског села који је некако умро у Кгополве 3.

Техника и резултати студије Пхалаборва дискутовани су на семинару у СУНИ Бингхамтон-у, где је ван дер Мерве предавао. У то време, СУНИ је истраживао касне шумске сахране и заједно су закључили да ће бити занимљиво видети да ли је додавање кукуруз (Амерички кукуруз, суптропски Ц4 припитомљени) у исхрани би било препознатљиво код људи који су раније имали приступ само биљкама Ц3: и било је.

Та студија постала је прва објављена археолошка студија која је примењивала стабилну изотопску анализу, 1977. године. Упоређивали су стабилне односе изотопа угљеника (13Ц / 12Ц) у колагену људских ребара из архаичног (2500-2000 пре нове ере) и ране шуме (400–100 пре нове ере) археолошко налазиште у Њујорку (тј. Пре него што је кукуруз стигао у регион) са односима 13Ц / 12Ц у ребрима из касне шуме (ца. 1000–1300 ЦЕ) и историјско раздобље (након што је стигао кукуруз) из истог подручја. Били су у стању да покажу да су хемијски потписи у ребрима показатељ да кукуруз није био присутан у раним периодима, већ је постао главна храна у време Касне шуме.

На основу ове демонстрације и доступних доказа за дистрибуцију стабилних изотопа угљеника у природи, Вогел и ван дер Мерве је сугерисао да би се ова техника могла користити за откривање пољопривреде кукуруза у шумама и тропским шумама Америке; одредити важност морске хране у исхрани приморских заједница; документовати промјене вегетацијског покрова у саванама на основу омјера прегледавања / испаше мијешовитих биљоједа; и евентуално да се утврди порекло у форензичким истрагама.

Од 1977, примене стабилних изотопских анализа су експлодирале у броју и ширини, користећи стабилне односе изотопа светлосних елемената водоника, угљеника, азота, кисеоника и сумпора у људска и животињска кост (колаген и апатит), зубна цаклина и коса, као и остаци керамике испечени на површини или апсорбовани у керамички зид за одређивање исхране и воде извори. За испитивање такве исхране коришћени су лагано стабилни односи изотопа (обично угљеника и азота) компоненте као морска бића (нпр. туљаве, рибе и шкољке), разне домаће биљке попут кукуруза и просо; и млеко говеда (остаци млека у грнчарији) и мајчино млеко (старост одвикавања, откривено у зубном реду). Прехрамбене студије рађене су на хомининима од наших дана до наших древних предака Хомо хабилис и тхе Аустралопитхецинес.

Друга изотопска истраживања фокусирана су на утврђивање географског порекла ствари. Различита стабилна омјера изотопа у комбинацији, понекад укључујући изотопе тешких елемената попут стронцијума и олово, коришћени су за утврђивање да ли су становници древних градова досељеници или су рођени локално; да би се пронашло порекло бјелокости слоноваче и носорога како би се разбили кријумчари; и утврдити пољопривредно порекло кокаина, хероина и памучних влакана која се користе за лажне рачуне у износу од 100 УСД.

Други пример изотопске фракције, који има корисну примену, укључује кишу, која садржи стабилне изотопе водоника 1Х и 2Х (деутеријум) и изотопе кисеоника 16О и 18О. Вода испарава у великим количинама на екватору, а водена пара се шири према северу и југу. Док Х2О пада на земљу, најпре испадају тешки изотопи. У тренутку када пада снег на ступове, влага се значајно троши у тешким изотопима водоника и кисеоника. Глобална дистрибуција ових изотопа у киши (и у води из воде) може се пресликати, а порекло потрошача може се утврдити изотопном анализом косе.

• Грант, Јеннифер. "Лова и стоке: изотопски докази дивљих и домаћих врста из јужне аргентинске пуне (2120–420 година БП)." Часопис за археолошке науке: Извештаји 11 (2017): 29–37. Принт.
• Иглесиас, Царлос, и др. "Стабилна анализа изотопа потврђује значајне разлике између субтропских и умјерених плитких језера"Хидробиологиа 784.1 (2017): 111–23. Принт.
• Катзенберг, М. Анне и Андреа Л. Ватерс-Рист. "Анализа стабилних изотопа: Алат за проучавање исхране, демографије и историје живота у прошлости." Биолошка антропологија људског скелета. Едс. Катзенберг, М. Анне и Анне Л. Грауер. 3. изд. Нев Иорк: Јохн Вилеи & Сонс, Инц., 2019. 467–504. Принт.
• Цена, Т. Доуглас и др. "Исотопиц Провенанцинг оф тхе ." Антика 90.352 (2016): 1022–37. Принт.Салме бродске сахране у пред-викињској доби Естоније
• Сеали, Ј. Ц. и Н. Ј. ван дер Мерве. "О "Приступи реконструкцији исхране на Западном рту: Јесте ли оно што сте појели?" - одговор на Паркингтон." Часопис за археолошку науку 19.4 (1992): 459–66. Принт.
• Сомервилле, Андрев Д. и др. "Дијета и спол у колонијама Тиванаку: Стабилна изотопска анализа људског коштаног колагена и апатита из Мокуегуа, Перу." Амерички часопис за физичку антропологију 158.3 (2015): 408–22. Принт.
• Сугииама, Нава, Андрев Д. Сомервилле и Маргарет Ј. Сцхоенингер. "Стабилни изотопи и зооархеологија у Теотихуацану, Мексико откривају најстарије доказе о управљању дивљим месождерима у Месоамерици." ПЛОШЕ ЈЕДАН 10.9 (2015): е0135635. Принт.
• Вогел, Ј.Ц., и Николаас Ј. Ван дер Мерве. "Изотопски докази за рано гајење кукуруза у држави Нев Иорк." Америчка антика 42.2 (1977): 238–42. Принт.