Obsidiaan Hydratatie - Een goedkope, maar problematische datingtechniek

Obsidiaan hydratatie dating (of OHD) is een wetenschappelijke dateringstechniek, die gebruik maakt van het begrip van de geochemische aard van het vulkanische glas (een silicaat), obsidiaan genoemd, om zowel relatieve als absolute datums voor artefacten te geven. Obsidiaan ontsluit over de hele wereld, en werd bij voorkeur gebruikt door makers van stenen werktuigen omdat het heel gemakkelijk is om mee te werken, het is zeer scherp wanneer gebroken, en het komt in een verscheidenheid aan levendige kleuren, zwart, oranje, rood, groen en helder.

Snelle feiten: Obsidian Hydration Dating

• Obsidian Hydration Dating (OHD) is een wetenschappelijke dateringstechniek die gebruik maakt van de unieke geochemische aard van vulkanische glazen. 
• De methode is gebaseerd op de gemeten en voorspelbare groei van een korst die zich op het glas vormt wanneer deze voor het eerst wordt blootgesteld aan de atmosfeer. 
• Kwesties zijn dat zwoerdgroei afhankelijk is van drie factoren: omgevingstemperatuur, waterdampdruk en de chemie van het vulkanische glas zelf. 
• Recente verbeteringen in metingen en analytische vooruitgang in waterabsorptie beloven een aantal van de problemen op te lossen. 

Hoe en waarom werkt Obsidian Hydration Dating

Obsidiaan bevat water dat tijdens de vorming erin is opgesloten. In zijn natuurlijke staat heeft het een dikke schil gevormd door de diffusie van het water in de atmosfeer toen het voor het eerst afkoelde - de technische term is "gehydrateerde laag". Wanneer een nieuw oppervlak van obsidiaan wordt blootgesteld aan de atmosfeer, zoals wanneer het wordt gebroken om een ​​stenen gereedschap te maken, wordt meer water geabsorbeerd en begint de schil weer te groeien. Die nieuwe korst is zichtbaar en kan worden gemeten met krachtige vergroting (40-80x).

Prehistorische korsten kunnen variëren van minder dan 1 micron (µm) tot meer dan 50 µm, afhankelijk van de duur van de blootstelling. Door de dikte te meten, kan men gemakkelijk bepalen of een bepaald artefact ouder is dan een ander (relatieve leeftijd). Als de snelheid waarmee water voor dat specifieke stuk obsidiaan in het glas diffundeert bekend is (dat is het lastige deel), kunt u OHD gebruiken om de absolute leeftijd van objecten te bepalen. De relatie is ontwapenend eenvoudig: leeftijd = DX2, waar leeftijd in jaren is, D is een constante en X is de dikte van de hydratatieschil in microns.

De constante definiëren

Obsidiaan, natuurlijk vulkanisch glas met schil, Montgomery Pass, Mineral County, Nevada. John Cancalosi / Oxford Scientific / Getty Images

Het is bijna zeker dat iedereen die ooit stenen gereedschap heeft gemaakt en waar Obidian wist en waar het te vinden was, het gebruikte: als een glas breekt het op voorspelbare manieren en creëert het uiterst scherpe randen. Stenen werktuigen maken van ruwe obsidiaan breekt de schil en begint de klok van de obsidiaan te tellen. De meting van de korstgroei sinds de pauze kan worden gedaan met een apparaat dat waarschijnlijk al in de meeste laboratoria bestaat. Het klinkt perfect, niet??

Het probleem is dat de constante (die stiekeme D daarboven) ten minste drie andere factoren moet combineren waarvan bekend is dat ze de snelheid van de korstgroei beïnvloeden: temperatuur, waterdampdruk en glaschemie.

De lokale temperatuur fluctueert dagelijks, seizoensgebonden en over langere tijdschalen in elke regio op de planeet. Archeologen erkennen dit en zijn begonnen met het creëren van een Effectief Hydratietemperatuur (EHT) model om de effecten van temperatuur op hydratatie te volgen en te verklaren, als functie van de jaarlijkse gemiddelde temperatuur, het jaarlijkse temperatuurbereik en het dagelijkse temperatuurbereik. Soms voegen wetenschappers een dieptecorrectiefactor toe om rekening te houden met de temperatuur van begraven artefacten, ervan uitgaande dat de ondergrondse omstandigheden aanzienlijk verschillen van die aan de oppervlakte, maar de effecten zijn nog niet al te veel onderzocht..

Waterdamp en chemie

De effecten van variatie in waterdampdruk in het klimaat waar een obsidiaans artefact is gevonden, zijn niet zo intensief bestudeerd als de effecten van temperatuur. Over het algemeen varieert waterdamp met de hoogte, dus u kunt meestal aannemen dat waterdamp constant is binnen een site of regio. Maar OHD is lastig in regio's zoals het Andesgebergte in Zuid-Amerika, waar mensen hun obsidiaanartefacten over enorme hoogteverschillen brachten, van de kustgebieden van de zeespiegel tot de hoge bergen van 4000 meter (12.000 voet) en hoger.

Nog moeilijker te verklaren is de differentiële glaschemie bij obsidianen. Sommige obsidianen hydrateren sneller dan anderen, zelfs in exact dezelfde afzettingsomgeving. Je kunt obsidiaan vinden (dat wil zeggen, de natuurlijke ontsluiting identificeren waar een stuk obsidiaan is gevonden), en dus kun je die variatie corrigeren door de snelheden in de bron te meten en die te gebruiken om bronspecifieke hydratatiecurven te maken. Maar aangezien de hoeveelheid water binnen obsidiaan zelfs binnen obsidiaanknobbeltjes van een enkele bron kan variëren, kan die inhoud de schattingen van de leeftijd aanzienlijk beïnvloeden.

Waterstructuuronderzoek

Methodologie om de kalibraties aan te passen aan de variabiliteit in het klimaat is een opkomende technologie in de 21e eeuw. Nieuwe methoden evalueren kritisch de diepteprofielen van waterstof op de gehydrateerde oppervlakken met behulp van secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS) of Fourier transform infrarood spectroscopie. De interne structuur van het watergehalte in obsidiaan is geïdentificeerd als een zeer invloedrijke variabele die de snelheid van waterdiffusie bij omgevingstemperatuur regelt. Er is ook gevonden dat dergelijke structuren, zoals watergehalte, variëren binnen de erkende steengroevebronnen.  

In combinatie met een meer nauwkeurige meetmethode, kan de techniek de betrouwbaarheid van OHD verhogen en een venster bieden voor de evaluatie van lokale klimatologische omstandigheden, in het bijzonder paleo-temperatuurregimes. 

Obsidiaan geschiedenis

Het meetbare groeipercentage van Obsidian wordt al sinds de jaren zestig erkend. In 1966 publiceerden geologen Irving Friedman, Robert L. Smith en William D. Long de eerste studie, de resultaten van experimentele hydratatie van obsidiaan uit de Valles-bergen van New Mexico.

Sinds die tijd is er een aanzienlijke vooruitgang geboekt in de erkende effecten van waterdamp, temperatuur en glaschemie, waarbij veel van de variatie is geïdentificeerd en verantwoord, technieken met een hogere resolutie worden gecreëerd om de korst te meten en het diffusieprofiel te definiëren, en nieuwe uit te vinden en te verbeteren modellen voor EFH en studies naar het diffusiemechanisme. Ondanks zijn beperkingen zijn obsidiaan-hydratatiedata veel goedkoper dan radiokoolstof en het is tegenwoordig in veel regio's van de wereld een standaard datingpraktijk.

bronnen

• Liritzis, Ioannis en Nikolaos Laskaris. "Vijftig jaar Obsidiaan Hydrateren in de archeologie." Journal of Non-Crystalline Solids 357.10 (2011): 2011-23. Afdrukken.
• Nakazawa, Yuichi. "De betekenis van obsidiaan-hydratatiedatering bij het beoordelen van de integriteit van Holoceen Midden, Hokkaido, Noord-Japan." Quaternary International 397 (2016): 474-83. Afdrukken.
• Nakazawa, Yuichi, et al. "Een systematische vergelijking van Obsidiaan Hydratatiemetingen: de eerste toepassing van Micro-beeld met secundaire ionen massaspectrometrie op de Prehistorische Obsidiaan." Quaternary International (2018). Afdrukken.
• Rogers, Alexander K. en Daron Duke. "Onbetrouwbaarheid van de geïnduceerde Obsidiaan Hydratatiemethode met afgekorte Hot-Soak-protocollen." Journal of Archaeological Science 52 (2014): 428-35. Afdrukken.
• Rogers, Alexander K. en Christopher M. Stevenson. "Protocollen voor laboratoriumhydratatie van Obsidiaan en hun effect op de nauwkeurigheid van de hydratatiesnelheid: een Monte Carlo-simulatieonderzoek." Journal of Archaeological Science: Reports 16 (2017): 117-26. Afdrukken.
• Stevenson, Christopher M., Alexander K. Rogers en Michael D. Glascock. "Variabiliteit in Obsidiaan structureel watergehalte en het belang ervan in de hydratatiedatering van culturele artefacten." Journal of Archaeological Science: Reports 23 (2019): 231-42. Afdrukken.
• Tripcevich, Nicholas, Jelmer W. Eerkens en Tim R. Carpenter. "Obsidiaan Hydratatie op grote hoogte: archaïsche mijnbouw in de Chivay-bron, Zuid-Peru." Journal of Archaeological Science 39.5 (2012): 1360-67. Afdrukken.