علم الآثار الجيولوجي

يُعدّ أخذ العينات من الصخور المتجانسة تقنيةً جيولوجيةً أثريةً تتضمن جمع عينات لبية من جزء من موقع أثري لتحليلها والكشف عن العمليات المدفونة التي أثرت على الموقع. تُدقّ صفائح معدنية ضيقة في الجزء، إما يدويًا أو باستخدام الآلات، بتسلسل محدد لجمع المقطع العرضي الكامل للموقع للدراسة. إذا لزم الأمر أكثر من صفيحة، تُرتّب في مواقع متداخلة ومتزاحمة بحيث يمكن إعادة بناء المقطع العرضي الكامل، عادةً خارج الموقع في ظروف المختبر.

اختبار فقدان الوزن عند الاحتراق لقياس المحتوى العضوي للتربة هو أسلوب يُستخدم لقياس هذا المحتوى في عينات التربة. تُؤخذ العينات من موقع محدد في المقطع العرضي للتربة، وتُجمع باستخدام طريقة أخذ العينات العمودية، ثم تُوزن وتُوضع في فرن حراري لحرق المحتوى العضوي. بعد ذلك، تُوزن العينة المطبوخة مرة أخرى، ويُشير مقدار النقص في وزنها إلى المحتوى العضوي في المقطع العرضي عند عمق معين. يُستخدم هذا الأسلوب غالبًا للكشف عن طبقات التربة المدفونة التي قد لا تكون مرئية بالعين المجردة. يصعب تمييز أسطح الأرض القديمة، وخاصةً تلك التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ، لذا يُعد هذا الأسلوب مفيدًا لتقييم احتمالية وجود أسطح أثرية وأدلة من عصور ما قبل التاريخ في منطقة ما . تُجرى قياسات مقارنة على امتداد المقطع العرضي، ويُعتبر الارتفاع المفاجئ في المحتوى العضوي عند نقطة معينة فيه، بالإضافة إلى مؤشرات أخرى، دليلًا قويًا على وجود أسطح مدفونة.

تُستخدم أساليب التنقيب الجيوفيزيائي الأثري لاستكشاف ودراسة المواقع الأثرية المحتملة المدفونة تحت سطح الأرض بطريقة غير مدمرة. وتشمل الأساليب الشائعة الاستخدام ما يلي:

• قياس المغناطيسية
• الرادار المخترق للأرض
• قياسات مقاومة الأرض
• قياسات الحث الكهرومغناطيسي (بما في ذلك الكشف عن المعادن ومسح الحساسية المغناطيسية)
• السونار ( المسح الجانبي ، أو السونار أحادي الحزمة أو متعدد الحزم ، أو سونار الرواسب) في علم الآثار تحت الماء

تشمل أساليب التنقيب الجيوفيزيائي الأثري الأقل استخداماً ما يلي:

• القياسات الزلزالية الانعكاسية أو الانكسارية
• قياسات الجاذبية
• التصوير الحراري

تُستخدم نظم المعلومات الجغرافية (GIS ) على نطاق واسع في علم الآثار منذ ثمانينيات القرن الماضي. ^{[ 4 ]} في السياقات الأثرية، تُستخدم نظم المعلومات الجغرافية بشكل أساسي لإدارة المعلومات والتحليل المكاني. يُعد التحليل المكاني التطبيق الأكثر شيوعًا لها في علم الآثار، يليه مباشرةً إدارة التراث. ^{[ 4 ]} كما تُستخدم نظم المعلومات الجغرافية بشكل شائع للمساعدة في جمع وتحليل البيانات الأثرية.

تُعدّ قابلية المادة للتمغنط مقياسًا لقدرتها على التمغنط بفعل مجال مغناطيسي خارجي (ديرينغ، 1999). وتعكس قابلية التربة للتمغنط وجود معادن أكسيد الحديد المغناطيسية، مثل الماغيميت . ولا يعني احتواء التربة على كمية كبيرة من الحديد بالضرورة امتلاكها قابلية مغناطيسية عالية. إذ يمكن أن تتشكل أشكال الحديد المغناطيسية بفعل الاحتراق والنشاط الميكروبي، كما هو الحال في التربة السطحية وبعض الرواسب اللاهوائية. كما يمكن العثور على مركبات الحديد المغناطيسية في الصخور النارية والمتحولة.

إن العلاقة بين الحديد والاحتراق تعني أن القابلية المغناطيسية تُستخدم غالبًا في:

• التنقيب عن المواقع الأثرية، الذي يحدد المناطق ذات الإمكانات الأثرية قبل بدء الحفر.
• تحديد مناطق الموقد ووجود بقايا الاحتراق في الرواسب. ^{[ 5 ]}
• شرح ما إذا كانت مناطق الاحمرار ناتجة عن الحرق أو عن عمليات طبيعية أخرى مثل التغلغل (التشبع بالمياه).

إن العلاقة بين تكوين التربة وقابلية التمغنط تعني أنه يمكن استخدامها أيضًا في:

• تحديد التربة المدفونة في التسلسلات الرسوبية.
• تحديد المواد الترابية المعاد ترسبها في الخث، ورواسب البحيرات، وما إلى ذلك.

يستمد الفوسفات الموجود في التربة التي صنعها الإنسان من البشر وحيواناتهم والنفايات والعظام. يفرز مئة شخص حوالي 62 كيلوغرامًا من الفوسفات سنويًا، مع كمية مماثلة تقريبًا من نفاياتهم. وتفرز حيواناتهم كميات أكبر. يحتوي جسم الإنسان على حوالي 650  غرامًا من الفوسفات._٤ (٥٠٠ غرام، أو ٨٠٪، في الهيكل العظمي)، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوياته في مواقع الدفن. يستقر معظمه بسرعة على طين التربة ويبقى هناك، حيث يمكن أن يبقى لآلاف السنين. بالنسبة لموقع مساحته هكتار واحد، فإن هذا يعادل حوالي ١٥٠ كيلوغرامًامن الفوسفات._{بمعدل 4} هكتارات في السنة، يُمثل الفوسفات حوالي 0.5% إلى 10% من الكمية الموجودة أصلاً في معظم أنواع التربة. لذا، لا يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى تُحدث الأنشطة البشرية تغييرات كبيرة في تركيز الفوسفات في التربة. يتواجد الفوسفور في التربة في عدة "مستودعات": 1) الفوسفور العضوي (المتاح)، 2) الفوسفور المحتجز (الممتص)، 3) الفوسفور المرتبط (المرتبط كيميائيًا). ويمكن استخلاص كل من هذه المستودعات باستخدام مواد كيميائية ذات فعالية متزايدة. ويعتقد بعض الباحثين (إيدت على وجه الخصوص) أن النسب بين هذه المستودعات قد تُقدم معلومات عن استخدامات الأراضي السابقة، وربما حتى تحديد تاريخها.

بغض النظر عن الطريقة المستخدمة لاستخلاص الفوسفور من التربة وتحويله إلى محلول، فإن عملية الكشف عنه عادةً ما تكون متشابهة. تعتمد هذه العملية على تفاعل "أزرق الموليبدات"، حيث تتناسب شدة اللون طرديًا مع تركيز الفوسفور. في المختبر، يُقاس ذلك باستخدام مقياس الألوان ، حيث يُنتج الضوء المار عبر خلية قياسية تيارًا كهربائيًا يتناسب مع امتصاص الضوء. أما في الميدان، فيُستخدم التفاعل نفسه على عصي الكشف، ويُقارن بمخطط الألوان.

يمكن رسم تركيزات الفوسفات على المخططات الأثرية لإظهار مناطق النشاط السابقة، كما تُستخدم أيضًا للتنقيب عن المواقع في المشهد الطبيعي الأوسع.

قد يُشير توزيع حجم جزيئات عينة التربة إلى الظروف التي ترسبت فيها الطبقات أو الرواسب . تُفصل أحجام الجزيئات عادةً باستخدام الغربلة الجافة أو الرطبة (للعينات الخشنة مثل الطمي والحصى والرمال ، وأحيانًا الطمي الخشن ) أو بقياس التغيرات في كثافة محلول مُشتت (في بيروفوسفات الصوديوم، على سبيل المثال) من العينة (للطمي الناعم والطين ). كما يُساعد استخدام زجاج ساعة دوار مع عينة مُشتتة دقيقة الحبيبات تحت مصباح حراري على فصل الجزيئات.

يتم رسم النتائج على شكل منحنيات يمكن تحليلها باستخدام الأساليب الإحصائية لتوصيف توزيع الجسيمات والمعلمات الأخرى.

يمكن إجراء المزيد من التحقيقات على الأجزاء المستلمة بحثًا عن المؤشرات الثقافية، والحفريات الكبيرة والصغيرة ، وغيرها من السمات المثيرة للاهتمام، لذا فإن تحليل حجم الجسيمات هو الخطوة الأولى في التعامل مع هذه العينات.

يدرس علم جيوكيمياء العناصر النزرة وفرة العناصر في المواد الجيولوجية التي لا توجد بكميات كبيرة. ولأن تركيزات هذه العناصر النزرة تتحدد بعوامل عديدة تحكم الظروف التي تتشكل في ظلها مادة جيولوجية معينة، فإنها عادةً ما تكون فريدة بين موقعين يحتويان على نفس نوع الصخور أو المواد الجيولوجية الأخرى.

يستغل علماء الآثار الجيولوجية هذه الخاصية الفريدة في جيوكيمياء العناصر النزرة لتتبع أنماط الحصول على الموارد والتجارة القديمة. فعلى سبيل المثال، يمكن للباحثين فحص تركيب العناصر النزرة في مصنوعات حجر الأوبسيديان لتحديد خصائصها. ثم يمكنهم دراسة تركيب العناصر النزرة في نتوءات الأوبسيديان لتحديد المصدر الأصلي للمادة الخام المستخدمة في صنع هذه المصنوعات.

يدرس علماء الآثار الجيولوجية الخصائص المعدنية للأواني الفخارية من خلال التحليلات المجهرية والعيانية. ويمكنهم استخدام هذه الخصائص لفهم تقنيات التصنيع المختلفة المستخدمة في صناعة هذه الأواني، ومن ثم تحديد مراكز الإنتاج التي يُرجح أنها صنعتها. كما يمكنهم استخدام علم المعادن لتتبع المواد الخام المستخدمة في صناعة الأواني إلى رواسب طينية محددة. ^{[ 6 ]}

تتأثر قشريات الأوستراكود الموجودة بشكل طبيعي في المسطحات المائية العذبة بتغيرات الملوحة ودرجة الحموضة الناتجة عن الأنشطة البشرية. ويكشف تحليل أصداف الأوستراكود في أعمدة الرواسب عن تغيرات ناجمة عن الأنشطة الزراعية والاستيطانية. ويمكن ربط هذا السجل بتقنيات تحديد العمر للمساعدة في تحديد التغيرات في أنماط الاستيطان البشري وهجرات السكان. ^{[ 7 ]}