Obsydianowe nawodnienie — niedroga, ale problematyczna technika randkowa

Odkrywka obsydianu w pobliżu uskoku San Andreas na Red Hill, wulkanie Salton Butte w pobliżu Calipatria w Kalifornii. David McNew / Getty Images Wiadomości / Getty Images

Obsydianowe randki nawadniające (lub OHD) to naukowa technika datowania , który wykorzystuje zrozumienie geochemicznej natury szkła wulkanicznego (a krzemian ) nazywa obsydian aby zapewnić zarówno względne, jak i bezwzględne daty na artefaktach. Obsydianowe wychodnie na całym świecie i były preferowane przez producentów narzędzi kamiennych, ponieważ są bardzo łatwe w obróbce, są bardzo ostre po złamaniu i są dostępne w różnych żywych kolorach, czarnym, pomarańczowym, czerwonym, zielonym i przezroczystym .

Szybkie fakty: Obsydianowe randki nawadniające

• Obsidian Hydration Dating (OHD) to naukowa technika datowania wykorzystująca unikalną geochemiczną naturę szkieł wulkanicznych.
• Metoda opiera się na zmierzonym i przewidywalnym wzroście skórki, która tworzy się na szkle po pierwszym kontakcie z atmosferą.
• Problem polega na tym, że wzrost skórki zależy od trzech czynników: temperatury otoczenia, ciśnienia pary wodnej i składu chemicznego samego szkła wulkanicznego.
• Niedawne ulepszenia w pomiarach i analitycznych postępach w absorpcji wody dają nadzieję na rozwiązanie niektórych problemów.

Jak i dlaczego działa Obsydian Hydration Dating

Obsydian zawiera wodę uwięzioną w nim podczas formowania. W stanie naturalnym ma gruba skórka utworzony przez dyfuzję wody do atmosfery podczas pierwszego schłodzenia — termin techniczny to „warstwa uwodniona”. Kiedy świeża powierzchnia obsydianu jest wystawiona na działanie atmosfery, tak jak wtedy, gdy jest rozbijana, aby wytworzyć kamienne narzędzie , więcej wody zostaje wchłonięte, a skórka ponownie zaczyna rosnąć. Ta nowa skórka jest widoczna i można ją zmierzyć przy dużym powiększeniu (40–80x).

Prehistoryczne skórki mogą wahać się od mniej niż 1 mikrona (µm) do ponad 50 µm, w zależności od czasu ekspozycji. Mierząc grubość można łatwo określić, czy dany artefakt jest starszy od innego ( wiek względny ). Jeśli znana jest szybkość, z jaką woda dyfunduje do szkła dla tego konkretnego kawałka obsydianu (jest to trudna część), możesz użyć OHD do określenia wiek bezwzględny obiektów. Zależność jest rozbrajająco prosta: Wiek = DX2, gdzie Wiek jest w latach, D jest stałą, a X jest grubością nawodnienia w mikronach.

Definiowanie stałej

Obsydianowe, naturalne szkło wulkaniczne ze skórką, Montgomery Pass, Mineral County, Nevada. John Cancalosi / Oxford Scientific / Getty Images

Można założyć, że każdy, kto kiedykolwiek robił kamienne narzędzia i wiedział o obsydianie i gdzie go znaleźć, używał go: jako szkła pęka w przewidywalny sposób i tworzy niezwykle ostre krawędzie. Wykonywanie narzędzi kamiennych z surowego obsydianu łamie skórkę i rozpoczyna odliczanie obsydianowego zegara. Pomiaru wzrostu skórki od złamania można dokonać za pomocą sprzętu, który prawdopodobnie już istnieje w większości laboratoriów. Brzmi idealnie, prawda?

Problem polega na tym, że stała (ta podstępna D) musi łączyć co najmniej trzy inne czynniki, o których wiadomo, że wpływają na tempo wzrostu skórki: temperaturę, ciśnienie pary wodnej i chemię szkła.

Lokalna temperatura zmienia się codziennie, sezonowo i w dłuższych skalach czasowych w każdym regionie planety. Archeolodzy zdają sobie z tego sprawę i zaczęli tworzyć model efektywnej temperatury nawodnienia (EHT), aby śledzić i uwzględniać wpływ temperatury na nawodnienie, jako funkcję średniej rocznej temperatury, rocznego zakresu temperatur i dobowego zakresu temperatur. Czasami uczeni dodają współczynnik korekcji głębokości, aby uwzględnić temperaturę zakopanych artefaktów, zakładając, że warunki podziemne są znacznie inne niż na powierzchni – ale efekty nie zostały jeszcze zbadane zbyt wiele.

Para wodna i chemia

Skutki zmian ciśnienia pary wodnej w klimacie, w którym znaleziono obsydianowy artefakt, nie były badane tak intensywnie, jak wpływ temperatury. Ogólnie rzecz biorąc, para wodna zmienia się wraz z wysokością, więc zazwyczaj można założyć, że para wodna jest stała w danym miejscu lub regionie. Ale OHD jest kłopotliwe w regionach takich jak Andes góry Ameryki Południowej, gdzie ludzie przywieźli swoje obsydianowe artefakty ogromne zmiany wysokości , od regionów przybrzeżnych na poziomie morza po góry o wysokości 4000 metrów (12 000 stóp) i wyżej.

Jeszcze trudniej wytłumaczyć różnicę chemia szkła w obsydianach. Niektóre obsydiany uwadniają się szybciej niż inne, nawet w dokładnie tym samym środowisku osadzania. Możesz obsydian źródłowy (tzn. zidentyfikuj naturalną odkrywkę, w której znaleziono kawałek obsydianu), a więc możesz skorygować tę zmienność, mierząc tempo w źródle i używając ich do tworzenia krzywych nawodnienia specyficznych dla źródła. Ale ponieważ ilość wody w obsydianie może się różnić nawet w obrębie guzków obsydianu z jednego źródła, zawartość ta może znacząco wpłynąć na szacunki wieku.

Badania struktury wody

Metodologia dostosowania kalibracji do zmienności klimatu jest nową technologią XXI wieku. Nowe metody dokonują krytycznej oceny profili głębokości wodoru na uwodnionych powierzchniach za pomocą spektrometrii masowej jonów wtórnych (SIMS) lub spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera. Wewnętrzna struktura zawartości wody w obsydianie została zidentyfikowana jako wysoce wpływowa zmienna kontrolująca szybkość dyfuzji wody w temperaturze otoczenia. Stwierdzono również, że takie struktury, jak zawartość wody, różnią się w obrębie uznanych źródeł kamieniołomów.

W połączeniu z bardziej precyzyjną metodologią pomiarową technika ta może potencjalnie zwiększyć niezawodność OHD i zapewnić wgląd w ocenę lokalnych warunków klimatycznych, w szczególności reżimów paleotemperaturowych.

Obsydianowa historia

Obsydianowe wymierne tempo wzrostu skórki jest rozpoznawane od lat 60. XX wieku. W 1966 roku geolodzy Irving Friedman, Robert L. Smith i William D. Long opublikowali pierwsze badanie, wyniki eksperymentalnego nawodnienia obsydianu z gór Valles w Nowym Meksyku.

Od tego czasu podjęto znaczny postęp w rozpoznanych wpływach pary wodnej, temperatury i chemii szkła, identyfikując i wyjaśniając znaczną część zmienności, tworząc techniki o wyższej rozdzielczości do pomiaru skórki i określenia profilu dyfuzji oraz wynajdowania i ulepszania nowych modele dla EFH i badania mechanizmu dyfuzji. Pomimo swoich ograniczeń, obsydianowe daty uwodnienia są znacznie tańsze niż radiowęglowe i są obecnie standardową praktyką datowania w wielu regionach świata.

Źródła

• Liritzis, Ioannis i Nikolaos Laskaris. ' Pięćdziesiąt lat obsydianowych randek uwadniających w archeologii. ' Dziennik niekrystalicznych ciał stałych 357,10 (2011): 2011-23. Wydrukować.
• Nakazawa, Yuichi. Znaczenie datowania obsydianowego uwodnienia w ocenie integralności holocenu Midden na Hokkaido w północnej Japonii. ' Czwartorzędowa Międzynarodowa 397 (2016): 474–83. Wydrukować.
• Nakazawa, Yuichi i in. Systematyczne porównanie pomiarów uwodnienia obsydianu: pierwsze zastosowanie mikroobrazu ze spektrometrią mas jonów wtórnych do prehistorycznego obsydianu . Czwartorzędowa Międzynarodowa (2018). Wydrukować.
• Rogers, Alexander K. i Daron Duke. ' Niewiarygodność metody indukowanej obsydianowej hydratacji ze skróconymi protokołami namaczania na gorąco . Czasopismo Nauk Archeologicznych 52 (2014): 428–35. Wydrukować.
• Rogers, Alexander K. i Christopher M. Stevenson. ' Protokoły laboratoryjnego nawodnienia obsydianu i ich wpływ na dokładność wskaźnika nawodnienia: badanie symulacyjne Monte Carlo . Journal of Archaeological Science: Raporty 16 (2017): 117–26. Wydrukować.
• Stevenson, Christopher M., Alexander K. Rogers i Michael D. Glascock. ' Zmienność obsydianowej strukturalnej zawartości wody i jej znaczenie w datowaniu uwodnienia artefaktów kulturowych . Journal of Archaeological Science: Raporty 23 (2019): 231-42. Wydrukować.
• Tripcevich, Nicholas, Jelmer W. Eerkens i Tim R. Carpenter. ' ' Obsydianowe uwodnienie na dużej wysokości: archaiczne wydobycie w źródle Chivay, południowe Peru . Czasopismo Nauk Archeologicznych 39,5 (2012): 1360–67. Wydrukować.