تحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

يُعد تحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان ( OHD ) طريقة جيولوجية كيميائية لتحديد عمر قطعة أثرية مصنوعة من حجر الأوبسيديان ، سواء بشكل مطلق أو نسبي .

الأوبسيديان هو زجاج بركاني استخدمه الناس في عصور ما قبل التاريخ كمادة خام في صناعة الأدوات الحجرية مثل رؤوس المقذوفات والسكاكين أو أدوات القطع الأخرى من خلال عملية التقطيع ، أو كسر القطع بطريقة مضبوطة، مثل التقشير بالضغط.

يخضع حجر الأوبسيديان لخاصية ترطيب المعادن ، حيث يمتص الماء عند تعرضه للهواء بمعدل محدد. عند كسر عقدة أوبسيديان غير مصقولة، يكون محتوى الماء فيها عادةً أقل من 1%. مع مرور الوقت، ينتشر الماء ببطء داخل القطعة الأثرية، مكونًا "شريطًا" أو "حافة" أو "قشرة" ضيقة، يمكن رؤيتها وقياسها باستخدام تقنيات مختلفة، مثل المجهر عالي التكبير (40-80 ضعفًا) ، وتحليل العمق باستخدام مطياف الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS ) ، ومطيافية الصوت الضوئي بالأشعة تحت الحمراء (IR-PAS). [ 1 ] [ 2 ] لاستخدام ترطيب الأوبسيديان في التأريخ المطلق، يجب فهم الظروف التي تعرضت لها العينة وأصلها، أو مقارنتها بعينات ذات عمر معروف (مثلًا، من خلال التأريخ بالكربون المشع للمواد المصاحبة). [ 3 ] [ 4 ]

تاريخ

تم تقديم تقنية تحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان في عام 1960 من قبل إيرفينغ فريدمان وروبرت سميث من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . [ 5 ] ركز عملهم الأولي على أحجار الأوبسيديان من المواقع الأثرية في غرب أمريكا الشمالية.

تم إدخال استخدام مطياف الكتلة الأيوني الثانوي (SIMS) في قياس تأريخ ترطيب حجر الأوبسيديان بواسطة فريقين بحثيين مستقلين في عام 2002. [ 6 ] [ 7 ]

يستخدم علماء الآثار اليوم هذه التقنية على نطاق واسع لتحديد تاريخ المواقع الأثرية التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ في كاليفورنيا [ 8 ] والحوض العظيم في أمريكا الشمالية. كما تم تطبيقها في أمريكا الجنوبية والشرق الأوسط وجزر المحيط الهادئ، بما في ذلك نيوزيلندا وحوض البحر الأبيض المتوسط.

التقنيات

الإجراء التقليدي

لقياس نطاق الترطيب، تُقطع عادةً شريحة صغيرة من المادة من قطعة أثرية. تُطحن هذه العينة حتى يصبح سمكها حوالي 30 ميكرومترًا وتُثبّت على شريحة بتروغرافية (يُسمى هذا المقطع الرقيق). ثم يُقاس نطاق الترطيب تحت مجهر عالي التكبير مزود بأداة لقياس المسافة، عادةً بأجزاء من عشرة من الميكرومتر. يقيس الفني كمية الماء المجهرية الممتصة على الأسطح المكسورة حديثًا. مبدأ تحديد عمر الأوبسيديان بالترطيب بسيط: كلما طالت مدة تعرض سطح القطعة الأثرية للماء، زاد سمك نطاق الترطيب.

إجراء قياس الطيف الكتلي للأيونات الثانوية (SIMS)

في حالة قياس حافة التميؤ باستخدام تقنية قياس الطيف الكتلي للأيونات الثانوية (SIMS) التي تعتمد على تحليل العمق، تُثبّت العينة على حامل دون أي تحضير أو قطع. هذه الطريقة غير مُتلفة. يوجد نمطان رئيسيان لتقنية SIMS: النمط الثابت والنمط الديناميكي، وذلك تبعًا لكثافة تيار الأيونات الأولية، وثلاثة أنواع مختلفة من أجهزة قياس الطيف الكتلي: القطاع المغناطيسي، والرباعي الأقطاب، وزمن الطيران (TOF). يمكن لأي جهاز قياس طيف كتلي العمل في النمط الثابت (تيار أيوني منخفض جدًا، لتحليل الطبقة الذرية الأحادية العلوية)، والنمط الديناميكي (كثافة تيار أيوني عالية، لتحليل العمق).

على الرغم من ندرة استخدام مطياف الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS) في دراسات سطح حجر الأوبسيديان، فقد حقق تقدمًا كبيرًا في تحديد عمر الأوبسيديان باستخدام تقنية التحليل الحراري التفاضلي (OHD). يُصنف مطياف الكتلة الأيونية الثانوية عمومًا إلى أربع فئات من الأجهزة وفقًا لطريقة عملها: الثابت، والديناميكي، والرباعي الأقطاب، وزمن الطيران (TOF). وهو في جوهره تقنية تتميز بدقة عالية في تحليل عدد كبير من العناصر الكيميائية والبنى الجزيئية بطريقة غير مدمرة. ويشير نهج جديد تمامًا في تحديد عمر الأوبسيديان باستخدام تقنية التحليل الحراري التفاضلي إلى إمكانية تطوير هذه التقنية بما يُحسّن دقتها ووضوحها، ويُوسع نطاق استخدامها من خلال توليد بيانات زمنية موثوقة. وقدّم أنوفيتز وآخرون [ 9 ] نموذجًا يعتمد كليًا على الانتشار المعتمد على التركيب، وذلك باتباع حلول عددية (الفرق المحدود (FD) أو العناصر المحدودة) تُفصّل بيانات توزيع أيونات الهيدروجين (H+) التي تم الحصول عليها بواسطة مطياف الكتلة الأيونية الثانوية. وأُجري اختبار لهذا النموذج باستخدام نتائج من جبل 65 في تشالكو بالمكسيك، بواسطة ريسيبوتي وآخرون. [ 10 ] استخدمت هذه التقنية الحسابات العددية لنمذجة تكوين منحنى الانتشار الكامل كدالة للزمن، ثم قامت بمطابقة المنحنى الناتج مع منحنى انتشار الهيدروجين. وتستند معادلات FD إلى عدد من الافتراضات حول سلوك الماء أثناء انتشاره في الزجاج، بالإضافة إلى النقاط المميزة لمنحنى انتشار أيونات الهيدروجين (H+) في مطياف الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS).

في رودس، اليونان، وتحت إشراف وإبداع يوانيس ليريتزيس، [ 11 ] تعتمد طريقة التأريخ على نمذجة توزيع الهيدروجين الشبيه بالكبريت باستخدام مطياف الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS)، وفقًا لقانون فيك للانتشار، وفهم طبقة التشبع السطحية (انظر الشكل). في الواقع، تتشكل طبقة التشبع على السطح حتى عمق معين اعتمادًا على عوامل تشمل حركية آلية انتشار جزيئات الماء، والتركيب الكيميائي المحدد للأوبسيديان، بالإضافة إلى الظروف الخارجية المؤثرة على الانتشار (درجة الحرارة، والرطوبة النسبية، والضغط). [ 12 ] تؤدي هذه العوامل مجتمعة إلى تكوين قيمة تركيز حدية ثابتة تقريبًا في الطبقة السطحية الخارجية. باستخدام الناتج النهائي للانتشار، تم تطوير نموذج ظاهري، استنادًا إلى شروط أولية وحدية معينة وآليات فيزيائية كيميائية مناسبة، يعبر عن تركيز H₂O مقابل العمق كمعادلة انتشار/زمن.

يتضمن هذا التطور الأخير، وهو تقنية مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية الجديدة - تشبع السطح (SIMS-SS)، نمذجة توزيع تركيز الهيدروجين على السطح مقابل العمق، بينما يتم تحديد العمر من خلال معادلات تصف عملية الانتشار، وقد تم تأكيد التأثيرات الطبوغرافية ومراقبتها باستخدام مجهر القوة الذرية . [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

القيود

تُعقّد عدة عوامل الربط البسيط بين سُمك طبقة التميؤ في حجر الأوبسيديان وعمره المطلق. من المعروف أن درجة الحرارة تُسرّع عملية التميؤ، لذا يبدو أن القطع الأثرية المُعرّضة لدرجات حرارة أعلى، على سبيل المثال بسبب وجودها في مناطق منخفضة ، تتميؤ بشكل أسرع. كما يبدو أن التركيب الكيميائي للأوبسيديان، بما في ذلك محتواه المائي، يؤثر على معدل التميؤ. بمجرد أن يتمكن عالم الآثار من ضبط البصمة الجيوكيميائية للأوبسيديان (مثل "المصدر") ودرجة الحرارة (التي تُقارب عادةً باستخدام "درجة حرارة التميؤ الفعّالة" أو معامل EHT)، قد يتمكن من تحديد عمر القطعة الأثرية باستخدام تقنية تميؤ الأوبسيديان. قد يؤثر ضغط بخار الماء أيضًا على معدل تميؤ الأوبسيديان. [ 9 ]

تُثار تساؤلات حول موثوقية الطريقة القائمة على معادلة فريدمان التجريبية للعمر ( x² = kt ، حيث x سُمك طبقة التميؤ، وk معامل الانتشار، و t الزمن) من عدة جوانب تتعلق بالاعتماد على درجة الحرارة، والجذر التربيعي للزمن، وتحديد معدل الانتشار لكل عينة ولكل موقع، وذلك في إطار بعض المحاولات الناجحة في هذا الإجراء وتطبيقاته. ينقسم إجراء حساب عمر SIMS-SS إلى خطوتين رئيسيتين. تتعلق الخطوة الأولى بحساب دالة تربيعية من الدرجة الثالثة لملف تعريف SIMS (المعادلة 1). أما المرحلة الثانية فتتعلق بتحديد طبقة التشبع، أي عمقها وتركيزها. تتم معالجة البيانات بالكامل في برنامج مستقل تم إنشاؤه باستخدام حزمة برامج Matlab (الإصدار 7.0.1) بواجهة مستخدم رسومية، ويمكن تشغيله على نظام التشغيل Windows XP. وبالتالي، تُعطى معادلة عمر SIMS-SS بالسنوات قبل الحاضر في المعادلة 2.

ج=هـأ+بx+جx2+دx3{\displaystyle c=e^{a+bx+cx^{2}+dx^{3}}}المعادلة 1: معادلة متعددة الحدود لملف تعريف SIMS

تي=(ج1-ج2)2(1.1281-0.177كج1ج2)24دsهـوو(دجدx|x=0)2{\displaystyle T={\frac {(C_{1}-C_{2})^{2}\left({\frac {1.128}{1-{\frac {0.177kC_{1}}{C_{2}}}}}\right)^{2}}{4Dse\!f\!\!f\left(\left.{\frac {\mathrm {d} C}{\mathrm {d} x}}\right|_{x=0}\right)^{2}}}}المعادلة 2: معادلة عمر SIMS-SS بالسنوات قبل الحاضر

حيث Ci هو التركيز الذاتي للماء، وCs هو تركيز التشبع، وdC/dx هو معامل الانتشار عند العمق x=0، وk مشتق من مجموعة من منحنيات الانتشار النظرية لكرانك، ودs،هـوو{\displaystyle Ds,eff}هو معامل انتشار فعال (المعادلة 3) يربط بين التدرج العكسي لكثير الحدود المناسب والعينات المؤرخة جيدًا:

D s,eff = aD s + b/ (10 22 D s ) = 8.051e −6 D s +0.999/(1022D s ), المعادلة 3

حيث Ds = (1/(dC/dx))10 −11 بافتراض تدفق ثابت واعتباره وحدة. المعادلة (2) وافتراض الوحدة موضوع لمزيد من البحث. [ 17 ]

تقدم العديد من الشركات التجارية ومختبرات الجامعات خدمات ترطيب حجر الأوبسيديان.

انظر أيضاً

مراجع

الاقتباسات

  1. ↑ ستيفنسون، سي.؛ ليريتزيس، آي.؛ دياكوستاماتيو، إم. (2002). "دراسات حول تحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان الإيجي". علم الآثار وعلم الآثار في البحر الأبيض المتوسط . 2 (1): 93-109 .
  2. ↑ ستيفنسون، سي.؛ نوفاك، إس دبليو (يوليو 2011). "تحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء: المنهج والمعايرة". مجلة العلوم الأثرية . 38 (7): 1716-26 . Bibcode : 2011JArSc..38.1716S . doi : 10.1016/j.jas.2011.03.003 .
  3. ↑ ميغان، كليمنت (1976). "التحديد التجريبي لمعدلات ترطيب حجر الأوبسيديان من الأدلة الأثرية" . في ر. إي. تايلور (محرر). التطورات في دراسات زجاج الأوبسيديان . ص 106-119 . ISBN  978-0-8155-5050-1.
  4. ↑ ليريتزيس، يوانيس وستيفنسون، كريستوفر م. (2012). حجر الأوبسيديان والزجاج المصنّع القديم . ألبوكيرك: مطبعة جامعة نيو مكسيكو .
  5. ↑ فريدمان، إيرفينغ؛ روبرت ل. سميث (1960). "طريقة جديدة للتأريخ باستخدام حجر الأوبسيديان: الجزء الأول، تطوير الطريقة". مجلة العصور القديمة الأمريكية . 25 : 476-522 . doi : 10.2307/276634 . JSTOR 276634. S2CID 163403900 .  
  6. ↑ ليريتزيس، آي.؛ دياكوستاماتيو، إم. (2002). "نحو طريقة جديدة لتحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان باستخدام مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية عبر نهج طبقة التشبع السطحي" (ملف PDF) . علم الآثار وعلم الآثار في البحر الأبيض المتوسط . 2 (1): 3-20 .
  7. ↑ ريسيبوتي، إل آر؛ جيه إم إيلام؛ إل إم أنوفيتز؛ دي آر كول (2002). "تحديد عمر الأوبسيديان باستخدام مطياف الكتلة الأيوني الثانوي: اختبار باستخدام نتائج من التل 65، تشالكو، المكسيك" . مجلة العلوم الأثرية . 29 (10): 1055-1075 . Bibcode : 2002JArSc..29.1055R . doi : 10.1006/jasc.2001.0692 .
  8. ↑ ميغان، كليمنت (1983). "التأريخ باستخدام حجر الأوبسيديان في كاليفورنيا". مجلة العصور القديمة الأمريكية . 48 (3): 600-609 . doi : 10.2307/280567 . JSTOR 280567. S2CID 163890591 .  
  9. 1 2 أنوفيتز، إل إم؛ إيلام، إم؛ ريسيبوتي، إل؛ كول، دي. (1999). "فشل تأريخ ترطيب حجر الأوبسيديان: المصادر، والآثار، والاتجاهات الجديدة" . مجلة العلوم الأثرية . 26 (7): 735-752 . Bibcode : 1999JArSc..26..735A . doi : 10.1006/jasc.1998.0342 .
  10. ↑ . ريسيبوتي، إل آر؛ إم جيه إيلام؛ إل إم أنوفيتز؛ دي آر كول (2002). "مجلة العلوم الأثرية 29 (2002) 1055-1075".{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  11. ↑ "الصفحة الرئيسية لـ SIMS-SS" . Rhodes.aegean.gr. مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 يناير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أبريل 2014 .
  12. ↑ سميث، جيه إم؛ سميث، إتش سي فان هيس (1987). "مقدمة في الديناميكا الحرارية للهندسة الكيميائية، الطبعة الرابعة. ماكجرو هيل، نيويورك".{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  13. ↑ ليريتزيس، آي. (2010). "ستروفيلاس (جزيرة أندروس، اليونان): أدلة جديدة على العصر الحجري الحديث المتأخر السيكلادي، مؤرخة بطرق جديدة للتألق الضوئي وترطيب حجر السبج". مجلة العلوم الأثرية . 37 : 1367-1377 . doi : 10.1016/j.jas.2009.12.041 .
  14. ↑ ليريتزيس، آي.؛ بونيني، إم. ولاسكاريس، إن. (2008). "تحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان باستخدام مطياف الكتلة الأيونية الثانوية: معايير ملاءمة السطح من مجهر القوة الذرية" . تحليل السطح والواجهة . 40 ( 3-4 ): 458-463 . doi : 10.1002/sia.2672 .
  15. ↑ ليريتزيس، آي ولاسكاريس، ن (2011). "خمسون عامًا من تأريخ ترطيب حجر الأوبسيديان في علم الآثار". مجلة المواد غير المتبلورة . 357 (10): 211-219 . Bibcode : 2011JNCS..357.2011L . doi : 10.1016/j.jnoncrysol.2011.02.048 .
  16. ↑ برودكي.ر وليريتزيس.إ (2004). "تأريخ حجر الأوبسيديان: تطبيق محتمل لظواهر النقل (دليل تعليمي)". علم الآثار وعلم الآثار في البحر الأبيض المتوسط . 4 (2): 67-82 .
  17. ↑ "www.rhodes.aegean.gr/tms/sims-ss" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 يناير 2014.

مراجع عامة

  • أمبروز، دبليو؛ نوفاك، إس دبليو؛ عبد الرحيم، آي. (2004). "مسحوق حجر الأوبسيديان لتحديد معدلات الترطيب وقياس درجة حرارة الموقع". علم الآثار وعلم الآثار في البحر الأبيض المتوسط . 4 (2): 17-31 .
  • ليريتزيس (2006). "SIMS-SS: طريقة جديدة لتحديد عمر حجر الأوبسيديان عن طريق الترطيب: التحليل والمبادئ النظرية". علم الآثار . 48 (3): 533-547 . Bibcode : 2006Archa..48..533L . doi : 10.1111/j.1475-4754.2006.00271.x .
  • روغرز، أ.ك. (2008). "التحقق الميداني من صحة خوارزمية لحساب درجة حرارة الترطيب الفعالة لحجر الأوبسيديان". مجلة العلوم الأثرية . 35 (2): 441-447 . Bibcode : 2008JArSc..35..441R . doi : 10.1016/j.jas.2007.04.009 .
  • إيركنز، جيه دبليو؛ فون، كيه جيه؛ كاربنتر، تي آر؛ كونلي، سي إيه؛ ليناريس غرادوس، مويسيس؛ شرايبر، كيه (2008). "التأريخ المائي لحجر الأوبسيديان على الساحل الجنوبي لبيرو". مجلة العلوم الأثرية . 35 (8): 2231-2239 . Bibcode : 2008JArSc..35.2231E . doi : 10.1016/j.jas.2008.02.009 .
  • ليريتزيس، آي؛ لاسكاريس، ن (2009). "تطورات في تحديد عمر ترطيب حجر الأوبسيديان باستخدام مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية: أمثلة عالمية". مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم ب . 267 (1): 144-150 . رمز Bibcode : 2009NIMPB.267..144L . doi : 10.1016/j.nimb.2008.10.092 .