Obsydianowe randki nawadniające - Obsidian hydration dating

Obsydian celownik hydratacji (OHD) jest geochemicznego Sposób określania w wieku albo bezwzględnych lub względnych kategoriach artefaktów wykonanych z obsydian .

Obsydian to szkło wulkaniczne, które było używane przez prehistorycznych ludzi jako surowiec do produkcji narzędzi kamiennych, takich jak ostrza pocisków, noże lub inne narzędzia tnące poprzez trzaskanie lub odrywanie kawałków w kontrolowany sposób, taki jak płatkowanie ciśnieniowe.

Obsydian zachowuje właściwości mineralnego nawodnienia , a pod wpływem powietrza wchłania wodę w ściśle określonym tempie. Kiedy nieobrobiony guzek obsydianu jest początkowo pęknięty, zazwyczaj jest tam mniej niż 1% wody. Z biegiem czasu woda powoli dyfunduje do artefaktu, tworząc wąskie „pasmo”, „obręcz” lub „skórkę”, które można zobaczyć i zmierzyć za pomocą wielu różnych technik, takich jak mikroskop o dużej mocy z powiększeniem 40–80 , profilowanie głębokości z SIMS ( spektrometria mas jonów wtórnych ) i IR-PAS (spektroskopia fotoakustyczna w podczerwieni). Aby zastosować hydratację obsydianu do datowania bezwzględnego, należy zrozumieć warunki, na jakie wystawiono próbkę i jej pochodzenie, lub porównać je z próbkami o znanym wieku (np. w wyniku datowania radiowęglowego powiązanych materiałów).

Historia

Obsydianowe datowanie hydratacyjne zostało wprowadzone w 1960 roku przez Irvinga Friedmana i Roberta Smitha z US Geological Survey . Ich początkowe prace koncentrowały się na obsydianach ze stanowisk archeologicznych w zachodniej Ameryce Północnej.

Wykorzystanie spektrometrii masowej jonów wtórnych (SIMS) do pomiaru datowania obsydianu uwodnienia zostało wprowadzone przez dwa niezależne zespoły badawcze w 2002 roku.

Dziś technika ta jest szeroko stosowana przez archeologów do datowania prehistorycznych stanowisk i stanowisk z prehistorii w Kalifornii i Wielkiej Kotlinie Ameryki Północnej. Stosowano go również w Ameryce Południowej, na Bliskim Wschodzie, na wyspach Pacyfiku, w tym w Nowej Zelandii i basenie Morza Śródziemnego.

Techniki

Procedura konwencjonalna

Aby zmierzyć pasek nawodnienia, z artefaktu zwykle wycina się mały kawałek materiału. Ta próbka jest rozdrabniana do grubości około 30 mikrometrów i montowana na szkiełku petrograficznym (nazywa się to cienkim przekrojem). Skórka uwodnienia jest następnie mierzona pod mikroskopem o dużej powiększeniu wyposażonym w pewną metodę pomiaru odległości, zwykle w dziesiątych częściach mikrometra. Technik mierzy mikroskopijną ilość wody wchłoniętej na świeżo uszkodzonych powierzchniach. Zasada datowania obsydianu nawodnienia jest prosta – im dłużej powierzchnia artefaktu jest odsłonięta, tym grubsze będzie pasmo uwodnienia.

Procedura spektrometrii masowej jonów wtórnych (SIMS)

W przypadku pomiaru obrzeża hydratacji z wykorzystaniem możliwości profilowania głębokości techniką spektrometrii masowej jonów wtórnych, próbkę mocuje się na uchwycie bez żadnego przygotowania czy cięcia. Ta metoda pomiaru jest nieniszcząca. Istnieją dwa ogólne tryby SIMS: tryb statyczny i tryb dynamiczny, w zależności od gęstości prądu jonów pierwotnych, oraz trzy różne typy spektrometrów mas: sektor magnetyczny, kwadrupol i czas przelotu (TOF). Każdy spektrometr mas może pracować w trybie statycznym (bardzo niski prąd jonowy, analiza górnej warstwy monoatomowej) oraz dynamicznym (wysoka gęstość prądu jonowego, dogłębna analiza).

Chociaż stosunkowo rzadko, użycie SIMS w badaniach powierzchni obsydianu przyniosło wielki postęp w datowaniu OHD. SIMS ogólnie odnosi się do czterech kategorii instrumentalnych zgodnie z ich działaniem; statyczne, dynamiczne, kwadrupolowe i czasowe TOF. W istocie jest to technika z dużą rozdzielczością na mnóstwie pierwiastków chemicznych i struktur molekularnych w sposób zasadniczo nieniszczący. Podejście do OHD z zupełnie nowym uzasadnieniem sugeruje, że udoskonalenie techniki jest możliwe w sposób, który poprawia zarówno jej dokładność, jak i precyzję oraz potencjalnie rozszerza użyteczność poprzez generowanie wiarygodnych danych chronologicznych. Anovitz i in. przedstawił model, który opierał się wyłącznie na dyfuzji zależnej od składu, na podstawie rozwiązań numerycznych (różnica skończona (FD) lub element skończony) opracowując profil H+ uzyskany przez SIMS. Przetestowano model, wykorzystując wyniki z Mount 65, Chalco w Meksyku przez Riciputi et al. W tej technice wykorzystano obliczenia numeryczne do modelowania powstawania całego profilu dyfuzji w funkcji czasu i dopasowano wyprowadzoną krzywą do profilu wodoru. Równania FD opierają się na szeregu założeń dotyczących zachowania wody podczas dyfuzji do szkła i charakterystycznych punktów profilu dyfuzji SIMS H+.

Na Rodos w Grecji, pod kierunkiem i wynalazkiem Ioannisa Liritzisa, podejście datowania opiera się na modelowaniu profilu wodoru podobnego do S przez SIMS, zgodnie z prawem dyfuzji Ficka i zrozumieniu warstwy nasycenia powierzchni (patrz rysunek). W rzeczywistości warstwa nasycenia na powierzchni tworzy się do pewnej głębokości w zależności od czynników, do których należy kinetyka mechanizmu dyfuzji cząsteczek wody, specyficzna struktura chemiczna obsydianu, a także warunki zewnętrzne wpływające na dyfuzję (temperatura, wilgotność i ciśnienie). Razem te czynniki powodują powstawanie w przybliżeniu stałej wartości stężenia granicznego w zewnętrznej warstwie powierzchniowej. Wykorzystując końcowy produkt dyfuzji, opracowano model fenomenologiczny, oparty na pewnych warunkach początkowych i brzegowych oraz odpowiednich mechanizmach fizykochemicznych, które wyrażają stężenie H ₂ O w funkcji profilu głębokości jako równanie dyfuzji/czasu.

To najnowsze osiągnięcie, nowatorska spektrometria mas z jonami wtórnymi i nasycenie powierzchni (SIMS-SS), obejmuje zatem modelowanie profilu stężenia wodoru na powierzchni w zależności od głębokości, podczas gdy określenie wieku osiąga się za pomocą równań opisujących proces dyfuzji, podczas gdy efekty topograficzne zostały potwierdzone i monitorowane za pomocą mikroskopii sił atomowych .

Ograniczenia

Kilka czynników komplikuje prostą korelację grubości obsydianowego pasma uwodnienia z wiekiem bezwzględnym. Temperatura jest znany, aby przyspieszyć proces uwodnienia. Tak więc artefakty wystawione na działanie wyższych temperatur, na przykład znajdujące się na niższych wysokościach , wydają się szybciej uwadniać. Również chemia obsydianu, w tym wewnętrzna zawartość wody, wydaje się wpływać na tempo nawodnienia. Gdy archeolog może kontrolować geochemiczną sygnaturę obsydianu (np. „źródło”) i temperaturę (zwykle przybliżoną za pomocą „efektywnej temperatury uwodnienia” lub współczynnika EHT), może być w stanie datować artefakt za pomocą obsydianu technika nawadniania. Ciśnienie pary wodnej może również wpływać na szybkość uwodnienia obsydianu.

Wiarygodność metody opartej na empirycznym równaniu wieku Friedmana ( x²=kt , gdzie x to grubość wieńca hydratacyjnego, k to współczynnik dyfuzji, a t to czas) jest kwestionowana z kilku powodów dotyczących zależności temperaturowej, pierwiastka kwadratowego z czas i określenie szybkości dyfuzji na próbkę i na miejsce, poza kilkoma udanymi próbami procedury i aplikacji. Procedura obliczania wieku SIMS-SS podzielona jest na dwa główne etapy. Pierwszy krok dotyczy obliczenia wielomianu dopasowania trzeciego rzędu profilu SIMS (równanie 1). Drugi etap dotyczy określenia warstwy nasycenia, czyli jej głębokości i koncentracji. Całość przetwarzania obliczeniowego jest osadzona w samodzielnym oprogramowaniu stworzonym w pakiecie oprogramowania Matlab (wersja 7.0.1) z graficznym interfejsem użytkownika i wykonywalnym pod Windows XP. Zatem równanie wieku SIMS-SS w latach przed teraźniejszością jest podane w równ. 2:

${\ Displaystyle c = e ^ {a + bx + cx ^ {2} + dx ^ {3}}}$
Równ. 1 Wielomian dopasowania profilu SIMS

${\ Displaystyle T = {\ Frac {(C_ {1}-C_ {2}) ^ {2} \ lewo ({\ Frac {1.128} {1-{\ Frac {0,177 kC_ {1}} {C_ {2} }}}}}\right)^{2}}{4Dse\!f\!\!f\left(\left.{\frac {\mathrm {d} C}{\mathrm {d} x}}\ w prawo|_{x=0}\w prawo)^{2}}}}$
Równ. 2 Równanie wieku SIMS-SS w latach przed teraźniejszością

Gdzie Ci jest wewnętrznym stężeniem wody, Cs jest stężeniem nasycenia, dC/dx jest współczynnikiem dyfuzji dla głębokości x=0, k pochodzi z rodziny teoretycznych krzywych dyfuzji Cranka i jest efektywnym współczynnikiem dyfuzji (równ. 3) która wiąże odwrotny gradient dopasowanego wielomianu z dobrze datowanymi próbkami: ${\displaystyle Ds,eff}$

D _s,eff = aD _s + b/ (10 ²² D _s ) = 8,051e ^-6 D _s +0,999/(1022D _s ), równanie 3

gdzie Ds = (1/(dC/dx))10 ^-11 przy założeniu stałego strumienia i przyjętym jako jedność. równ. (2) a założenie jedności jest kwestią dalszych badań.

Kilka komercyjnych firm i laboratoriów uniwersyteckich świadczy usługi nawadniania obsydianem.

Zobacz też

• Metodologia datowania (archeologia)

Bibliografia

Cytaty

Ogólne odniesienia

• Ambroży, W.; Novak, SW; Abdelrehim, I. (2004). „Sproszkowany obsydian do określania szybkości nawodnienia i termometrii witryny”. Archeologia i archeologia śródziemnomorska . 4 (2): 17–31.
• Liritzis (2006). „SIMS-SS Nowa metoda datowania hydratacji obsydianu: analiza i zasady teoretyczne”. Archeometria . 48 (3): 533-547. doi : 10.1111/j.1475-4754.2006.00271.x .
• Rogers, AK (2008). „Walidacja danych terenowych algorytmu obliczania obsydianu efektywnej temperatury uwodnienia”. Czasopismo Nauk Archeologicznych . 35 (2): 441–447. doi : 10.1016/j.jas.2007.04.09 .
• Eerkens, ŚJ; Vaughna, KJ; Stolarz, TR; Conlee, Kalifornia; Linares Grados, Moises; Schreiber, K (2008). „Obsydianowe uwodnienie randki na południowym wybrzeżu Peru”. Czasopismo Nauk Archeologicznych . 35 (8): 2231–2239. doi : 10.1016/j.jas.2008.02.09 .
• Liritzis, I; Laskaris, N (2009). „Postępy w obsydianowym datowaniu hydratacji metodą spektrometrii masowej jonów wtórnych: przykłady światowe. Nucl. Instrument. Metody w”. Badania fizyczne B . 267 : 144-150. doi : 10.1016/j.nimb.2008.10.92 .

Zewnętrzne linki

• Strona National Park Service opisująca nawodnienie Obsydianu