La datación por hidratación de obsidiana (OHD) es un método geoquímico para determinar la edad en términos absolutos o relativos de un artefacto hecho de obsidiana .
La obsidiana es un vidrio volcánico que fue utilizado por los pueblos prehistóricos como materia prima en la fabricación de herramientas de piedra como puntas de proyectil, cuchillos u otras herramientas de corte mediante tallado , o rompiendo piezas de manera controlada, como el descascarillado a presión.
La obsidiana obedece a la propiedad de la hidratación mineral y absorbe el agua , cuando se expone al aire, a un ritmo bien definido. Cuando un nódulo de obsidiana sin trabajar se fractura inicialmente, generalmente hay menos del 1% de agua presente. Con el tiempo, el agua se difunde lentamente en el artefacto formando una "banda", "borde" o "corteza" estrecha que se puede ver y medir con muchas técnicas diferentes, como un microscopio de alta potencia con aumento de 40 a 80 aumentos , perfiles de profundidad con SIMS ( espectrometría de masas de iones secundarios ) e IR-PAS (espectroscopía fotoacústica infrarroja). [1] [2]Para utilizar la hidratación de obsidiana para la datación absoluta, las condiciones a las que ha estado expuesta la muestra y su origen deben entenderse o compararse con muestras de una edad conocida (por ejemplo, como resultado de la datación por radiocarbono de materiales asociados). [3] [4]
Historia
La datación por hidratación de obsidiana fue introducida en 1960 por Irving Friedman y Robert Smith del Servicio Geológico de EE . UU . [5] Su trabajo inicial se centró en obsidianas de sitios arqueológicos en el oeste de América del Norte.
El uso de la espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) en la medición de la datación por hidratación de la obsidiana fue introducido por dos equipos de investigación independientes en 2002. [6] [7]
Hoy en día, los arqueólogos aplican ampliamente la técnica para fechar sitios prehistóricos y sitios de la prehistoria en California [8] y la Gran Cuenca de América del Norte. También se ha aplicado en América del Sur, Oriente Medio, las islas del Pacífico, incluida Nueva Zelanda y la Cuenca del Mediterráneo.
Técnicas
Procedimiento convencional
Para medir la banda de hidratación, normalmente se corta una pequeña porción de material de un artefacto. Esta muestra se muele hasta aproximadamente 30 micrómetros de espesor y se monta en un portaobjetos petrográfico (esto se denomina sección delgada). Luego, la corteza de hidratación se mide con un microscopio de alta potencia equipado con algún método para medir la distancia, generalmente en décimas de micrómetro. El técnico mide la cantidad microscópica de agua absorbida en superficies recién rotas. El principio detrás de la datación por hidratación de obsidiana es simple: cuanto más tiempo haya estado expuesta la superficie del artefacto, más gruesa será la banda de hidratación.
Procedimiento de espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)
En caso de medir el borde de hidratación utilizando la capacidad de perfilado de profundidad de la técnica de espectrometría de masas de iones secundarios, la muestra se monta en un soporte sin ninguna preparación ni corte. Este método de medición no es destructivo. Hay dos modos SIMS generales: modo estático y modo dinámico, según la densidad de corriente de iones primarios, y tres tipos diferentes de espectrómetros de masas: sector magnético, cuadrupolo y tiempo de vuelo (TOF). Cualquier espectrómetro de masas puede funcionar en modo estático (corriente iónica muy baja, un análisis de capa monoatómica superior) y en modo dinámico (una densidad de corriente iónica alta, análisis en profundidad).
Aunque relativamente infrecuente, el uso de SIMS en las investigaciones de la superficie de obsidiana ha producido un gran progreso en la datación de OHD. SIMS en general se refiere a cuatro categorías instrumentales según su funcionamiento; estático, dinámico, cuadrupolo y tiempo de vuelo, TOF. En esencia, es una técnica con una gran resolución sobre una plétora de elementos químicos y estructuras moleculares de una manera esencialmente no destructiva. Un enfoque de OHD con un fundamento completamente nuevo sugiere que el refinamiento de la técnica es posible de una manera que mejora tanto su exactitud como su precisión y potencialmente expande la utilidad al generar datos cronológicos confiables. Anovitz y col. [9] presentó un modelo que se basaba únicamente en la difusión dependiente de la composición, siguiendo soluciones numéricas (diferencia finita (FD) o elemento finito) elaborando el perfil H + adquirido por SIMS. Se siguió una prueba del modelo utilizando los resultados del Monte 65, Chalco en México por Riciputi et al. [10] Esta técnica utilizó cálculos numéricos para modelar la formación de todo el perfil de difusión en función del tiempo y ajustó la curva derivada al perfil de hidrógeno. Las ecuaciones FD se basan en una serie de supuestos sobre el comportamiento del agua a medida que se difunde en el vidrio y los puntos característicos del perfil de difusión SIMS H +.
En Rodas, Grecia, bajo la dirección e invención de Ioannis Liritzis, [11] el enfoque de datación se basa en modelar el perfil de hidrógeno tipo S por SIMS, siguiendo la ley de difusión de Fick, y una comprensión de la capa de saturación superficial (ver Figura) . De hecho, la capa de saturación en la superficie se forma hasta una cierta profundidad dependiendo de factores que incluyen la cinética del mecanismo de difusión de las moléculas de agua, la estructura química específica de la obsidiana, así como las condiciones externas que afectan la difusión (temperatura, relativa humedad y presión). [12] Juntos, estos factores dan como resultado la formación de un valor de concentración límite aproximadamente constante en la capa superficial externa. Utilizando el producto final de difusión, un modelo fenomenológico se ha desarrollado, en base a ciertas condiciones iniciales y de contorno y mecanismos fisicoquímicas apropiadas, que expresan el H 2 concentración de O frente al perfil de profundidad como una ecuación de difusión / hora.
Este último avance, la nueva espectrometría de masas de iones secundarios-saturación de superficie (SIMS-SS), por lo tanto, implica modelar el perfil de concentración de hidrógeno de la superficie frente a la profundidad, mientras que la determinación de la edad se alcanza mediante ecuaciones que describen el proceso de difusión, mientras que los efectos topográficos ha sido confirmado y monitoreado mediante microscopía de fuerza atómica . [13] [14] [15] [16]
Limitaciones
Varios factores complican la correlación simple del grosor de la banda de hidratación de obsidiana con la edad absoluta. Se sabe que la temperatura acelera el proceso de hidratación. Por lo tanto, los artefactos expuestos a temperaturas más altas, por ejemplo al estar a menor altura , parecen hidratarse más rápido. Además, la química de la obsidiana, incluido el contenido intrínseco de agua, parece afectar la tasa de hidratación. Una vez que un arqueólogo puede controlar la firma geoquímica de la obsidiana (por ejemplo, la "fuente") y la temperatura (generalmente aproximada usando una "temperatura de hidratación efectiva" o coeficiente EHT), él o ella puede fechar el artefacto usando la obsidiana. técnica de hidratación. La presión del vapor de agua también puede afectar la tasa de hidratación de la obsidiana. [9]
La confiabilidad del método basado en la ecuación de edad empírica de Friedman ( x² = kt , donde x es el grosor del borde de hidratación, k es el coeficiente de difusión yt es el tiempo) se cuestiona por varios motivos con respecto a la dependencia de la temperatura, raíz cuadrada de tiempo y determinación de la tasa de difusión por muestra y por sitio, además de algunos intentos exitosos en el procedimiento y aplicaciones. El procedimiento de cálculo de la antigüedad de SIMS-SS se divide en dos pasos principales. El primer paso se refiere al cálculo de un polinomio de ajuste de tercer orden del perfil SIMS (ecuación 1). La segunda etapa se refiere a la determinación de la capa de saturación, es decir, su profundidad y concentración. Todo el procesamiento informático está integrado en un software independiente creado en el paquete de software Matlab (versión 7.0.1) con una interfaz gráfica de usuario y ejecutable en Windows XP. Por lo tanto, la ecuación de edad SIMS-SS en años antes del presente se da en la ecuación. 2:
Eq. 1 Polinomio de adaptación del perfil SIMS
Eq. 2 La ecuación de edad SIMS-SS en años antes del presente
Donde, Ci es la concentración intrínseca de agua, Cs es la concentración de saturación, dC / dx es el coeficiente de difusión para la profundidad x = 0, k se deriva de una familia de curvas de difusión teóricas de Crank y es un coeficiente de difusión efectivo (ecuación 3) que relaciona el gradiente inverso del polinomio de ajuste con muestras bien fechadas:
- D s, ef = aD s + b / (10 22 D s ) = 8.051e −6 D s + 0.999 / (1022D s ), Ec. 3
donde Ds = (1 / (dC / dx)) 10 −11 asumiendo un flujo constante y tomado como unidad. La eq. (2) y el supuesto de unidad es un tema de investigación adicional. [17]
Varias empresas comerciales y laboratorios universitarios brindan servicios de hidratación de obsidiana.
Ver también
- Metodología de datación (arqueología)
Referencias
Citas
- ↑ Stevenson.C, Liritzis.I y Diakostamatiou.M (2002). "Investigaciones hacia la datación de hidratación de obsidiana egea". Arqueología y Arqueometría del Mediterráneo . 2 (1): 93–109.
- ^ C.Stevenson y SWNovak (julio de 2011). "Datación de hidratación de obsidiana por espectroscopia infrarroja: método y calibración". Revista de Ciencias Arqueológicas . 38 (7): 1716-1726. doi : 10.1016 / j.jas.2011.03.003 .
- ^ Meighan, Clement (1976). "Determinación empírica de tasas de hidratación de obsidiana a partir de evidencia arqueológica". En RE Taylor (ed.). Avances en estudios de vidrio de obsidiana . págs. 106-119 . ISBN 978-0-8155-5050-1.
- ^ Ioannis Liritzis y Christopher M. Stevenson (2012). Vidrios de obsidiana y manufacturados antiguos (ed.). Prensa de la Universidad de Nuevo México, Albuquerque .
- ^ Friedman, Irving; Robert L. Smith (1960). "Un nuevo método de datación con obsidiana: parte I, el desarrollo del método". Antigüedad americana . 25 : 476–522. doi : 10.2307 / 276634 . JSTOR 276634 .
- ^ Liritzis, I .; Diakostamatiou.M (2002). "Hacia un nuevo método de datación por hidratación de obsidiana con espectrometría de masas de iones secundarios a través de un enfoque de capa de saturación superficial" (PDF) . Arqueología y Arqueometría del Mediterráneo . 2 (1): 3–20.
- ^ Riciputi, LR; JM Elam; LM Anovitz; DR Cole (2002). "Datación por difusión de obsidiana por espectrometría de masas de iones secundarios: una prueba con resultados de Mound-65, Chalco, México" . Revista de Ciencias Arqueológicas . 29 (10): 1055–1075. doi : 10.1006 / jasc.2001.0692 .
- ^ Meighan, Clement (1983). "Citas de obsidiana en California". Antigüedad americana . 48 (3): 600–609. doi : 10.2307 / 280567 . JSTOR 280567 .
- ^ a b Anovitz, LM; Elam, M .; Riciputi, L .; Cole, D. (1999). "El fracaso de la datación por hidratación de obsidiana: fuentes, implicaciones y nuevas direcciones" . Revista de Ciencias Arqueológicas . 26 (7): 735–752. doi : 10.1006 / jasc.1998.0342 .
- ^ . Riciputi, LR; MJ Elam; LM Anovitz; DR Cole (2002). "Revista de ciencia arqueológica 29 (2002) 1055-1075". Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ "Página de inicio de SIMS-SS" . Rhodes.aegean.gr. Archivado desde el original el 11 de enero de 2014 . Consultado el 19 de abril de 2014 .
- ^ Smith, JM; Smith, HC Van Hess (1987). "Introducción a la termodinámica de ingeniería química, 4ª ed. McGraw-Hill, Nueva York". Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ Liritzis, I. (2010). "Strofilas (isla de Andros, Grecia): nueva evidencia del Neolítico final de las Cícladas fechado por nuevos métodos de luminiscencia y de hidratación de obsidiana". Revista de Ciencias Arqueológicas . 37 : 1367-1377. doi : 10.1016 / j.jas.2009.12.041 .
- ^ Liritzis, I .; Bonini.M y Laskaris.N (2008). "Fecha de hidratación de obsidiana por SIMS-SS: criterios de idoneidad de superficie de microscopía de fuerza atómica" . Análisis de superficie e interfaz . 40 (3–4): 458–463. doi : 10.1002 / sia.2672 .
- ^ Liritzis, I y Laskaris, N (2011). "Cincuenta años de hidratación de obsidiana datando en arqueología". J. Non-Cryst. Sólidos . 357 (10): 211–219. Código bibliográfico : 2011JNCS..357.2011L . doi : 10.1016 / j.jnoncrysol.2011.02.048 .
- ^ Brodkey.R y Liritzis.I (2004). "La datación de la obsidiana: una posible aplicación para los fenómenos de transporte (un tutorial)". Arqueología y Arqueometría del Mediterráneo . 4 (2): 67–82.
- ^ "www.rhodes.aegean.gr/tms/sims-ss" . Archivado desde el original el 11 de enero de 2014.
Referencias generales
- Ambrose, W .; Novak, SW; Abdelrehim, I. (2004). "Obsidiana en polvo para determinar tasas de hidratación y termometría del sitio". Arqueología y Arqueometría del Mediterráneo . 4 (2): 17–31.
- Liritzis (2006). "SIMS-SS Un nuevo método de datación por hidratación de obsidiana: análisis y principios teóricos". Arqueometría . 48 (3): 533–547. doi : 10.1111 / j.1475-4754.2006.00271.x .
- Rogers, AK (2008). "Validación de datos de campo de un algoritmo para calcular la temperatura de hidratación efectiva de la obsidiana". Revista de Ciencias Arqueológicas . 35 (2): 441–447. doi : 10.1016 / j.jas.2007.04.009 .
- Eerkens, JW; Vaughn, KJ; Carpenter, TR; Conlee, CA; Linares Grados, Moisés; Schreiber, K (2008). "Hidratación de obsidiana que data de la Costa Sur del Perú". Revista de Ciencias Arqueológicas . 35 (8): 2231–2239. doi : 10.1016 / j.jas.2008.02.009 .
- Liritzis, yo; Laskaris, N (2009). "Avances en la datación de la hidratación de obsidiana por espectrometría de masas de iones secundarios: ejemplos mundiales. Nucl. Instrum. Métodos en". Investigación Física B . 267 : 144-150. doi : 10.1016 / j.nimb.2008.10.092 .
enlaces externos
- Página del Servicio de Parques Nacionales que describe la hidratación de obsidiana