تکنيک هاي تاريخگذاري در باستان شناسي (2)

1ـ تکنيک تاريخگذاري ترمولومينيسانس (Thermoluminscence)
 

از اواخر قرن نوزدهم ميلادي که علم زمين شناسي پيشرفت هاي بسياري کرد دانشمندان براي تشخيص سنگ هاي معدني از يکديگر و طبقه بندي کاني ها، خواص ترمولومينيسانس و نوع نور ساطع شده از آنها را نيز مد نظر قرار مي دادند اما بررسي همه جانبه اين پديده بدون ابزار حساسي که بتواند نور ضعيف ساطع شده از بلورها را آشکار و ثبت کند امکان پذير نبود.
در دهه ي 1940 با ساخت دستگاه فتومولتي پلاير (Photomultiplir) آشکار سازي و در نتيجه ثبت اين نور نيز امکان پذير شد. در اوايل دهه 1950 ميلادي فارينگون (Farington) از دانشگاه ويسکانسين آمريکا براي نخستين بار بلورهايي با خواص تومولومينيسانس را براي اندازه گيري تشعشع مواد پرتوزاي حاصل از انفجارهاي هسته اي به کاربرد (1) پديده ي تومولومينيسانس عبارت است از انتشار نور در اثر گرم کردن بلورهايي که قبلاً در معرض تشعشع بوده اند. (2) تکنيک ترمولومينيسانس يا گرماليان بر اين اصل استوار است که پرتوهاي عناصر راديواکتيو در خاک و اشعه ي کيهاني در مواد بلورين سفالينه ها تراکم پيدا مي کند. هنگامي که اين گونه مواد گرم شوند انرژي آزاد و به صورت نور پراکنده مي شوند. (3)
به تعبيري ديگر هنگامي که الکترون ها در معرض دماي بالا قرار مي گيرند از خود نوري ساطع مي کنند که در فيزيک ترمولومينه سنت ناميده مي شود. با اندازه گيري مقدار اشعه اي که هنگام باز دمايي از اين گونه اشياء ساطع مي شود آزمايش هاي فيزيکي دما پرتو سنجي نشان مي دهد که شي مورد نظر در چه زمان حرارت ديده است. آزمايش هاي دما پرتو سنجي بر اين اصل استوارند که مواد غير ارگانيک حرارت داده شده مانند سفال، داراي مقداري کم عناصر راديواکتيو به ويژه اورانيوم توريوم، پتاسيم هستند. نرخ واپاشي اين عناصر در طول زمان پايدار شناخته شده است. اين عناصر در روند زوال از خود اشعه هاي آلفا، بتا و گاما ساطع مي کنند که در برخورد با ساختار کريستال گونه ي مولکول ها سبب جا به جايي الکترون ها مي شود. با گذشت زمان مقدار الکترون هاي جا به جا شده افزايش مي يابد. دما دادن اين گونه اشياء در دماي 500 درجه ي سانتيگراد يا بيشتر سبب آزادي الکترون ها مي شود و ساعت اتمي کريستال روي صفر قرار مي گيرد. زماني که ظرف و يا جسم سفالي در آغاز پخته مي شود ساعت فيزيک الکترون هاي آن صفر مي شود اما الکترون ها که توسط عناصر راديواکتيو از جاي خود در کريستال خارج شده اند بلافاصله پس از پخت اولي با شتابي معين دوباره انباشته مي شود. اندازه گيري الکترون ها در آزمايشگاه مي تواند تاريخ به تقريب دقيق ساخت آنها را معين کند. (4)
يکي از مزيت هاي اين روش محدوده ي ساليابي آن است در حالي که با روشهاي معمول کربن 14 مي توان تا حدود 40 هزار سال را ساليابي کرد؛ روش ساليابي ترمولومينيسانس محدوده ي زماني تا 200 هزار سال را در بر مي گيرد. از ديگر مزيت هاي اين روش تعيين دقيق پخت سفال است در حالي که ساليابي چوب يا زغال با روش کربن 14، قطع درخت ممکن است قبل از واقعه اي باشد که باستان شناسان قصد ساليابي آن را دارد. (5) زمينه هايي که به نظر مي رسد تاريخگذاري به کمک ترمولومينيسانس در آنها بيش از همه امکان موفقيت داشته باشد تاريخگذاري سفالينه ها، سنگواره ي استخوان ها و دندان هاست. (6) براي تعيين قدمت نمونه ي ترمولومينيسانس از فرمول زير استفاده مي شود: قدمت
محدوده ي زمان ساليابي 100 تا 400 هزار سال و محدوده ي خطاي 5 تا 10 درصد اين تکنيک را به يکي از کارآمدترين ابزارهاي ساليابي در باستان شناسي بدل کرده است. (7)

2 ـ تکنيک تاريخگذاري پتاسيم ـ آرگون (Potassium - Argon)
 

پتاسيم يکي ديگر از عناصر راديواکتيو است که در علم زمين شناسي در تعيين سن سنگ ها از آن استفاده مي گردد؛ حدود يازده درصد پتاسيم 40 در يک کاني به آرگون 40 تبديل و در آن ذخيره مي گردد. (8)
بر عکس اورانيوم و توريم، عنصر پتاسيم به حد وفور(در حد 2/5 درصد) در پوسته ي زمين موجود است و عموماً با ميزان تراکمي يافت مي شود که آزمايش آن بالنسبه ساده صورت مي گيرد. راديواکتيو بودن پتاسيم در سال 1905 کشف شد. اما 30 سال بعد از آن بود که پتاسيم 40 به عنوان ايزوتوپ راديو اکتيو اين عنصر معرفي گرديد و با هم 20 سال طول کشيد تا نيمه عمر آن به دقت تعيين شود. (9)
تکنيک تاريخگذاري پتاسيم ـ آرگون در علم باستان شناسي جهت ساليابي و تعيين قدمت فسيل هاي انسان هاي نخستين به کار مي رود. (10) اين تکنيک در دهه ي 1950 ميلادي ارائه و بعد از آن به عنوان روش مهم براي تعيين قدمت سنگ ها و کاني هاي مادي پتاسيم و فسيل ها استفاده شده است. در اين روش از تبديل ايزوتوپ پتاسيم40 (40k) به گاز آرگون(40 Ar)بر اثر واکنش هاي هسته اي براي تعيين قدمت نمونه ها استفاده مي شود. نيمه ي عمرپتاسيم 40 براي تبديل به ايزوتوپ آرگون 40 حدود 10 × 11/93 سال است. در دهه ي 1980 ميلادي روش هاي دقيق تري براي اندازه گيري غلظت هر دو عنصر پتاسيم و آرگون ارائه شده امروزه اين روش را براي ساليابي نمونه هايي با قدمت چند ده هزار نيز به کار مي برند. (11) براي تعيين قدمت يک نمونه بايد ابتدا غلظت پتاسيم و آرگون موجود در نمونه را که شامل همه ي ايزوتوپ هاي اين دو عنصر است به دقت اندازه گيري نمود و سپس غلظت ايزوتوپ هاي پتاسيم 40 و آرگون 40 را با توجه به درصد فراواني هر يک در طبيعت محاسبه کرد و غلظت پتاسيم نمونه را مي توان با روش هاي معمول تجزيه ي شيميايي مانند نور سنجي شعله اي (Flame Photometry) يا روش فعال سازي (Netron Actiration Analysis) تعيين کرد.
اندازه گيري غلظت آرگون با روش طيف سنجي جرمي (Mass Spectrometry) انجام مي شود. پس از اندازه گيري غلظت آرگون با روش طيف سنجي جرمي انجام مي شود. پس از اندازه گيري غلظت پتاسيم و آرگون قدمت نمونه با رابطه ي زير محاسبه مي شود:
40K غلظت × (0/11) (eT-1)= غلظت Ar
خطاي اندازه گيري اين روش بين 1 تا 5 درصد مي باشد اما براي بعضي نمونه ها خطاي 50 درصد نيز به دست آمده است. (12) اين روش در علوم زمين شناسي براي تاريخگذاري سنگ هاي آذرين و براي تعيين سن بافت هاي زمين شناختي و بازمانده هاي سنگواره اي به کار برده مي شود. (13) دانشمندان علوم زمين با استفاده از اين روش توانسته اند براي سنگ ها و کاني ها سني در حدود 2610 ميليون سال تعيين کنند. (14) از موارد استفاده ي اين تکنيک در علم باستان شناسي مي توان ساليابي لايه هايي که در آنها بقاياي استخوان هاي انسان هاي نخستين در آفريقا کشف شده اشاره نمود اين استخوان ها در منطقه هادار سکنه (Hddrsenke) در اتيوپي در بين لايه هاي آتشفشاني و لايه هاي سنگ بازالتي به دست آمده اند. قدمت فسيل هاي به دست آمده با اين تکنيک حداقل 2 ميليون و 900 هزار تا 3 ميليون و 600 هزار سال تعيين گرديد.(15)

3 ـ تکنيک تاريخگذاري ابسيدين هيدارته شده (Obsidian Hydratation Dating)
 

تکنيک ساليابي ابسيدين توسط فريدمان و اسميت (Friedman and Smith ) با مطالعاتي که در خصوص چگونگي جذب آب توسط سنگ هاي شيشه اي انجام داده بودند ارائه گرديد. (16) سنگ ابسيدين يکي از سنگ هاي به نسبت کمياب در طبيعت است که بر اثر فعاليت هاي آتشفشاني به وجود مي آيد. اين سنگ حاوي مقادير زيادي سيليس (SiO2) است که بر اثر حرارت زياد به صورت شيشه اي در مي آيد. انسان هاي نخستين از اين سنگ در ساخت ابزاري مانند کارد، تيغه و اره استفاده مي کرده اند.(17) مطالعات و پژوهش هاي باستان شناسي نشان داده است که تيغه هاي نازک ابسيدين براي جراحي پزشکي بسيار مناسب مي باشد زيرا ابسيدين تازه تراش داده شده حدود 500 بار تيزتر از بهترين چاقوهاي استيل جراحي بوده در ضمن خطر عمل جراحي کاهش مي يابد. (18)
يکي از مشخصه هاي سنگ ابسيدين يکسان بودن تقريبي شيميايي و خواص فيزيکي سنگ هاي به دست آمده از يک معدن است که آن را از سنگ هاي به دست آمده از معادن ديگر متمايز مي کند. با توجه به محدود بودن معادن ابسيدين در دنيا مي توان با بررسي ابزارهاي ساخته شده از ابسيدين و تعيين منشأ آنها به شناخت بهتري از نحوه ي ارتباط فرهنگي، اقتصادي و تجاري بين جوامع ما قبل تاريخ دست يافت. براي تعيين قدمت ابسيدين روش هاي مختلف نظير ساليابيرد شکاف هسته اي و ساليابي ابسيدين هيدراته شده(آبدار شده) وجود دارد. در روش اول نتايج نشان دهنده زمان تشکيل سنگ است و با روش دوم مي توان زمان ساخت ابزار سنگي از ابسيدين توسط انسان را مشخص کرد. (19) تکنيک تاريخگذاري ابسيدين بر روند جذب رطوبت توسط تيغه هاي ابسيدين استوار است.
هنگامي که تيغه ي ابسيدين شکسته مي شود رطوبت پيرامون خود را جذب مي کند با اندازه گيري ضخامت لايه هيدراته اي که در تيغه تشکيل شده است مي توان سن تيغه را تعيين کرد. (20) با اندازه گيري قطر لايه هاي هيدراته شده در واحد ميکرون 10m قدمت نمونه با استفاده از رابطه ي زير به دست مي آيد:
D2=kt
براي اندازه گيري قطر لايه هاي هيدراته شده روش هاي مختلفي وجود دارد که معمول ترين آنها مشاهده نمونه در زير ميکروسکوپ نوري است. در اين روش بايد لايه نازکي از مقطع عمود بر سطح نمونه با قطري حدود 25 تا 50 ميکرون تهيه شود. (21) ديويد کلارک (Clark) باستان شناس آمريکايي اولين اندازه گيري را بر روند نرخ سالانه هيدراته شدن ابسيدين هاي يافت شده در کاليفرنيا انجام داد و توانست توالي سني پنج قطعه از ابزارهاي ساخته شده با ابسيدين را تعيين کند و به وسيله ساليابي کربن 14 براي اشيايي يافت شده در همان لايه ها، تاريخگذاري نهايي 4 را ممکن سازد. (22)
در ايران نيز مطالعات و پژوهش هايي در اين زمينه انجام شده است. از جمله معادن شناخته شده ابسيدن در ايران معادني است در 150 کيلومتري جنوب بيرجند، 300 کيلومتري کرمان و همچنين معادني در اطراف بم، طبس، تاکستان و ساوه که در اين مطالعات قدمت نمونه هاي ابسيدين با استفاده از لايه نگاري منطقه حفاري و در مواردي نيز به روش کربن 14 انجام شده است. (23)

4 ـ تکنيک تاريخگذاري ديرين مغناطيس شناسي (Archaeomagnetic dating)
 

از جمله تکنيک هاي ساليابي در باستان شناسي که از نوع غير راديومتريک مي باشد تاريخگذاري به روش ديرين مغناطيس شناسي است. مواد مناسب براي ساليابي ديرينه مغناطيسي عبارتند از: کوره هاي ذوب فلزات، کوره هاي پخت سفال، برخي رسوبات، اشياء سفالي، آجر و بناهاي اجري که کوره پخت آنها شناخته شده باشد. (24) اين روش ساليابي بر اين اصل فيزيک و زمين شناختي استوار است که چون شدت و جهت ميدان مغناطيسي زمين هميشه پايدار نيست، هنگامي که خاک حرارت داده مي شود در حين سرد شدن، نوعي ميدان مغناطيس پايدار موسوم به ميدان مغناطيس باقيمانده حرارتي يا TRM در آن به وجود مي آيد و ذرات آهن موجود در خاک جهتي را که پيش از حرارت دادن به سوي ميدان مغناطيسي زمين و مقايسه آن با نمونه باستان شناختي مي توان تخمين زد که کوره هاي ذوب فلزات (که اصطلاحاً در ادبيات باستان شناسي فيچر (Feature) ناميده مي شود) در چه زماني حرارت داده شده است. چون شدت و ميدان مغناطيسي از منطقه اي به منطقه ي ديگر متفاوت است در انجام اين امر براي هر منطقه اي تاريخ تحول ميدان مغناطيسي آن منطقه بايد شناخته شده باشد. (25)
براي تعيين شدت و جهت ميدان مغناطيسي باقيمانده حرارتي (TRM) بايد جهت نمونه هنگام پخت شدن مشخص باشد تنها در اين صورت است که مي توان زواياي انحراف I,D (زواياي مختلف بين شمال مغناطيسي و شمال جغرافيايي) را معلوم کرد. با اندازه گيري شدت ميدان مغناطيسي القايي در نمونه (مغناطيس باقيمانده حرارتي) تعيين زواياي I,D و مقايسه اين اطلاعات با نمودارهاي شاهد مي توان قدمت نمونه را معلوم کرد. خطاي مطلق ساليابي به دقت اين نمودارهاي شاهد بستگي دارد. خطاي اين روش بين تا 15% است. براي اندازه گيري شدت مغناطيس نمونه و زواياي انحراف I,D از دستگاه هاي حساسي مانند مغناطيس سنج آستاتيک (Magnetometer Astatic) استفاده مي شود. (26)
از جمله مسايل مهمي که در تکنيک ديرين مغناطيس شناسي وجود دارد ترسيم نمودارهاي شاهد براي نقاط مختلف دنيا محدوده هاي وسيع زماني است. متأسفانه چنين نمودارهايي فقط در برخي از مناطق مانند: لندن، پاريس، بخشي از اروپاي مرکزي، بخش هايي از شمال آمريکا و استراليا و آمريکاي جنوبي تهيه شده است.
چنين نمودارهاي شاهدي در ايران در مرحله ي ابتدايي است. در ايران با وجود آتشکده ها و کوره هاي پخت سفال و ذوب فلز که به فراواني در همه جا يافت مي شود مي توان به خوبي از اين روش ساليابي استفاده کرد. (27) در مجموع استفاده از تکنيک ديرين مغناطيس در باستان شناسي مناسب اما کاري بسيار وقت گير و پر خرج است و چون جدول هاي مغناطيس براي بيشتر مناطق خاور نزديک و ايران در دسترس نيست ساليابي با اين روش در اين مناطق نامعمول است. (28)

5 ـ تکنيک تاريخگذاري تشديد اسپين الکترون ها (ESR Dating)
 

روش ساليابي اسپين الکتروني يکي از تکنيک هاي ساليابي با کاربردهاي وسيع است که از دهه 1970 ميلادي در پژوهش هاي زمين شناسي و باستان شناسي مورد استفاده قرار گرفته است. (29) محدوده ي ساليابي اين روش از چند سال تا حدود 1 ميليون سال است. ميزان نمونه مورد نياز بسته به نوع نمونه بين چند ميلي گرم تا چند گرم است. خطاي اين روش ساليابي بين 5 % k تا 10 % k است. با وجود مزاياي غير قابل انکار اين روش که آن را به يکي از مهمترين ابزارهاي پژوهشي در رشته هاي مختلف تبديل کرده است از يک سو بالا بودن هزينه ي دستگاه هاي مورد نياز باعث شده است تا مراکز معدودي در دنيا از اين روش استفاده کنند. از سوي ديگر حساسيت اين روش نسبت به واکنش هاي شيميايي، گرما، فشار، ضربه و نور محدوديت هايي را در استفاده از آن پديد آورده است. نمونه هاي مناسب براي ساليابي ESR طيف وسيعي از موادي با منشأ بيولوژيکي مانند استخوان، دندان، صدف و مرجان ها تا مواد معدني مانند سفال، رسوبات، سنگ هاي کره ي ماه و بلور گچ را در بر مي گيرد. (30)
جهت اندازه گيري طيف ESR و محاسبه ي قدمت نمونه ها پس از پودر کردن نمونه اي که براي ساليابي در نظر گرفته شده است بايد طي مراحلي با استفاده از اسيدهاي رقيق، ذراتي با استفاده از اسيدهاي رقيق، ذراتي با ابعاد 100 تا 400 ميکرون را از آن جدا کرد سپس اين نمونه ها به چند قسمت تقسيم شده بخشي براي اندازه گيري طيف طبيعي ESR و بخش هاي ديگر براي اندازه گيري طيف ESR نمونه پس از پرتو دهي با مقادير مختلف پرتوهاي يون زا (تا حدود 1 کيلوگرم) چشمه هاي مناسب براي پرتو دهي نمونه ايزوتوپ هاي کبالت 60 يا استرانسيم 90 است. با اندازه گيري طيف ESR و ميزان انرژي ذخيره شده در نمونه در معادل (dED) تعيين مي شود در مرحله بعد با اندازه گيري غلظت عناصر پرتوزا در نمونه، نرخ انرژي ذخيره شده سالانه (r) مشخص مي شود و با استفاده از رابطه ي زير قدمت نمونه محاسبه مي شودT= (31). ساليابي تشديد اسپين الکتروني در مقايسه با ساليابي ترمولومينيسانس داراي مزيت هايي است، براي مثال نمونه هاي مناسب براي ساليابي با روش eSR متنوع تر از نمونه هاي مناسب براي ساليابي ترمولومينيسانس هستند. در ساليابي ESR آزمايش ها را مي توان چندين بار به يک نمونه تکرار کرد. البته هنوز مشکلات زيادي براي حصول نتايج دقيق با اين روش وجود دارد از جمله مي توان به عدم تعادل رشته هاي پرتوزا و تأثير آن بر ميزان انرژي ذخيره شده پديده، اشباع و مشکلات تهيه نمودارهاي شاهد اشاره کرد. روش هاي ساليابي ESR و ترمولومينيسانس به خصوص در دهه هاي اخير رشد چشمگيري داشته اند. (32)
يکي از مهم ترين نمونه هاي ساليابي شده با اين روش تعيين قدمت انسان پوشيده از رسوب مي باشد که در سال 1960 ميلادي در غار پترالونا (Petralona) يونان کشف شد که قدمت جمجمه حدود 700 هزار سال تخمين زده شد. (33)

پي نوشت ها:
 

1 ـ همان ، ص 77.
2 ـ تاريخگذاري نسبي و مطلق ، ص 74.
3 ـ نويافته هاي باستان شناسي ، ص 16.
4 ـ تئوري و عملي در باستان شناسي ، ص 133.
5 ـ ساليابي در باستان شناسي ، ص 79.
6 ـ تاريخگذاري نسبي و مطلق ، ص 76.
7 ـ روشهاي ساليابي در باستان شناسي ، ص 90.
8 ـ زمين شناسي تاريخي ، ص 55.
9 ـ تاريخگذاري نسبي و مطلق ، ص 55.
10 ـ Encyclopedia of Historical ,Archaeology p . 147.
11 ـ روشهاي ساليابي در باستان شناسي ، ص 41.
12 ـ همان ، ص 40 و 39.
13 ـ تئوري و عمل ، ص 134.
14 ـ جغرافياي ديرينه ، ص 21.
15 ـ روشهاي ساليابي ، ص 42.
16 ـ A New Dating Method Using Obsidian pp . 476-493.
17 ـ روشهاي ساليابي در باستان شناسي ، ص 135.
18 ـ باستان شناسي کاربردي و توريسم فرهنگي ، ص 9.
19 ـ روشهاي ساليابي ، ص 134.
20 ـ تئوري و عمل در باستان شناسي ، ص 134.
21 ـ روشهاي ساليابي ، ص 141.
22 ـ همان ماخذ ، ص 136.
23 ـ رواج ابسيدين و کهن ترين تبادلات فرهنگي ، ص 15.
24 ـ Encyclopedia of Historical Archaeology p . 146.
25 ـ تئوري و عمل ، ص 135.
26 ـ روشهاي ساليابي ، ص 130.
27 ـ روشهاي ساليابي ، ص 131.
28 ـ تئوري و عمل ، ص 136.
29 ـ روشهاي ساليابي ، ص 140.
30 ـ روشهاي ساليابي ، ص 103.
31 ـ همان ، ص 108.
32 ـ همان ، ص 109.
33 ـ Esr Dating of Fossil Hominid Granium From Petralona Cave , P-534.
 

منبع: نشريه پايگاه نور شماره 22
/ن