Obsidian Hydration - En billig men problematisk dateringsteknik

Obsidian hydration dating (eller OHD) är en vetenskaplig dateringsteknik, som använder förståelsen av den geokemiska naturen hos det vulkaniska glaset (ett silikat) som kallas obsidian för att ge både relativa och absoluta datum på artefakter. Obsidian outcrops över hela världen och användes företrädesvis av stenverktygstillverkare eftersom det är väldigt lätt att arbeta med, det är väldigt skarpt när det går sönder, och det finns i olika livliga färger, svart, orange, röd, grön och klar.

Snabbfakta: Obsidian Hydration Dating

• Obsidian Hydration Dating (OHD) är en vetenskaplig dateringsteknik som använder den unika geokemiska naturen hos vulkanglasögon. 
• Metoden bygger på den uppmätta och förutsägbara tillväxten av en skal som bildas på glaset när den först utsätts för atmosfären. 
• Problemet är att skaltillväxten är beroende av tre faktorer: omgivningstemperatur, vattenångtryck och kärnan i själva vulkanglaset. 
• Nya förbättringar i mätning och analytiska framsteg inom vattenabsorption lovar att lösa några av problemen. 

Hur och varför Obsidian Hydration Dating fungerar

Obsidian innehåller vatten fångat i den under dess bildning. I sitt naturliga tillstånd har den en tjock skal som bildas av diffusionen av vattnet i atmosfären när det först kyldes - den tekniska termen är "hydratiserat lager." När en frisk yta av obsidian utsätts för atmosfären, som när den bryts för att göra ett stenverktyg, absorberas mer vatten och skalet börjar växa igen. Den nya skalen är synlig och kan mätas under hög effektförstoring (40-80x).

Förhistoriska sår kan variera från mindre än 1 mikron (um) till mer än 50 um, beroende på exponeringstiden. Genom att mäta tjockleken kan man enkelt avgöra om en viss artefakt är äldre än en annan (relativ ålder). Om den hastighet med vilken vatten diffunderar i glaset för den specifika biten av obsidian är känd (det är den svåra delen), kan du använda OHD för att bestämma objekternas absoluta ålder. Förhållandet är avväpnande enkelt: Ålder = DX2, där ålder är i år, D är en konstant och X är hydratationens skaltjocklek i mikron.

Definiera konstanten

Obsidian, naturligt vulkaniskt glas som visar skal, Montgomery Pass, Mineral County, Nevada. John Cancalosi / Oxford Scientific / Getty Images

Det är nästan en säker satsning att alla som någonsin gjort stenverktyg och visste om obsidian och var de kunde hitta det, använde det: som ett glas, det bryts på förutsägbara sätt och skapar ytterst vassa kanter. Att göra stenverktyg ur rå obsidian bryter skorpan och startar obsidianklockan. Mätningen av skaltillväxt sedan brottet kan göras med en utrustning som antagligen redan finns i de flesta laboratorier. Det låter perfekt inte?

Problemet är att konstanten (det smyga D där uppe) måste kombinera minst tre andra faktorer som är kända för att påverka hastigheten på skaltillväxt: temperatur, vattenångtryck och glaskemi.

Den lokala temperaturen varierar dagligen, säsongsmässigt och över längre tidsskalor i alla regioner på planeten. Arkeologer känner igen detta och började skapa en EHT-modell (Effektiv hydrationstemperatur) för att spåra och redogöra för effekterna av temperaturen på hydrering, som en funktion av årlig medeltemperatur, årlig temperaturintervall och dagligt temperaturområde. Ibland lägger forskare till en djupkorrigeringsfaktor för att redovisa temperaturen på begravda artefakter, förutsatt att underjordiska förhållanden är betydligt annorlunda än ytan - men effekterna har ännu inte undersökts för mycket än.

Vattenånga och kemi

Effekterna av variation i vattenångtryck i klimatet där en obsidian artefakt har hittats har inte studerats lika intensivt som effekterna av temperaturen. I allmänhet varierar vattenånga med höjden, så du kan vanligtvis anta att vattenånga är konstant på en plats eller region. Men OHD är besvärligt i regioner som Andesbergen i Sydamerika, där människor förde sina obsidian artefakter över enorma höjdförändringar, från kustnivån till havsnivån till de 4 000 meter höga bergen och högre.

Ännu svårare att redovisa är differentiell glaskemi hos obsidianer. Vissa obsidianer hydrerar snabbare än andra, även inom exakt samma deponeringsmiljö. Du kan källa obsidian (det vill säga identifiera det naturliga outcropet där en bit obsidian hittades), och så kan du korrigera för den variationen genom att mäta hastigheterna i källan och använda dem för att skapa källspecifika hydreringskurvor. Men eftersom mängden vatten i obsidian kan variera även inom obsidian knölar från en enda källa, kan detta innehåll väsentligt påverka åldersberäkningar.

Vattenstrukturforskning

Metod för att justera kalibreringarna för klimatvariationen är en ny teknik under 2000-talet. Nya metoder utvärderar kritiskt djupprofilerna för väte på de hydratiserade ytorna med hjälp av sekundär jonmasspektrometri (SIMS) eller Fourier-transform infraröd spektroskopi. Den inre strukturen för vatteninnehållet i obsidian har identifierats som en mycket inflytelserik variabel som reglerar hastigheten för vattendiffusion vid omgivningstemperatur. Det har också visat sig att sådana strukturer, som vatteninnehåll, varierar inom de erkända stenbrottkällorna.  

Tillsammans med en mer exakt mätmetodik har tekniken potential att öka tillförlitligheten hos OHD och ge ett fönster i utvärderingen av lokala klimatförhållanden, särskilt paleo-temperaturregimer. 

Obsidian History

Obsidians mätbara takt för tillväxt har varit erkänd sedan 1960-talet. 1966 publicerade geologerna Irving Friedman, Robert L. Smith och William D. Long den första studien, resultaten från experimentell hydrering av obsidian från Vallesbergen i New Mexico.

Sedan den tiden har betydande framsteg gjorts i de erkända effekterna av vattenånga, temperatur och glaskemi, identifiering och redovisning för mycket av variationen, skapande av högre upplösningstekniker för att mäta skorpan och definiera diffusionsprofilen och uppfinna och förbättra nya modeller för EFH och studier om diffusionsmekanismen. Trots dess begränsningar är obsidianhydratiseringsdatum mycket billigare än radiokol, och det är en vanlig dateringspraxis i många regioner i världen idag.

källor

• Liritzis, Ioannis och Nikolaos Laskaris. "Femtio års Obsidian Hydration Dating i arkeologi." Journal of Non-Crystalline Solids 357.10 (2011): 2011-23. Skriva ut.
• Nakazawa, Yuichi. "Betydelsen av Obsidian Hydration Dating vid bedömningen av Holocene Midden, Hokkaido, norra Japan." Quaternary International 397 (2016): 474-83. Skriva ut.
• Nakazawa, Yuichi, et al. "En systematisk jämförelse av mätningar av Obsidian-hydrering: Den första tillämpningen av mikrobild med sekundär jonmasspektrometri på den förhistoriska Obsidian." Quaternary International (2018). Skriva ut.
• Rogers, Alexander K. och Daron Duke. "Otillförlitlighet för den inducerade Obsidian-hydratiseringsmetoden med förkortade Hot-Soak-protokoll." Journal of Archaeological Science 52 (2014): 428-35. Skriva ut.
• Rogers, Alexander K. och Christopher M. Stevenson. "Protokoll för laboratoriehydrering av Obsidian och deras påverkan på hydratiseringsgraden noggrannhet: En Monte Carlo-simuleringsstudie." Journal of Archaeological Science: Reports 16 (2017): 117-26. Skriva ut.
• Stevenson, Christopher M., Alexander K. Rogers och Michael D. Glascock. "Variabilitet i Obsidian strukturellt vatteninnehåll och dess betydelse i hydrering datering av kulturella artefakter." Journal of Archaeological Science: Reports 23 (2019): 231-42. Skriva ut.
• Tripcevich, Nicholas, Jelmer W. Eerkens och Tim R. Carpenter. "Obsidian hydration vid hög höjd: archaic stenbrott vid Chivay-källan, södra Peru." Journal of Archaeological Science 39.5 (2012): 1360-67. Skriva ut.