النظائر المستقرة في علم الآثار، ما هي النظائر، النظائر هي ذرات من نفس العنصر تحتوي على عدد متساوٍ من البروتونات وعدد غير متساوٍ من النيوترونات، مما يمنحها أوزانًا مختلفة قليلاً، ويمكن تقسيمها إلى فئتين، مشعة ومستقرة، تتحلل النظائر المشعة (مثل C-14) بمرور الوقت، وهي خاصية تجعلها أدوات مهمة جدًا لتحديد تاريخ الاكتشافات الأثرية أو التربة أو الصخور، في حين أن النظائر المستقرة لها نواة مستقرة لا تتحلل، لذلك تظل وفرتها كما هي بمرور الوقت، السماح بالعديد من التطبيقات المفيدة في علم الآثار (والتخصصات الأخرى مثل علم البيئة أو علم الطب الشرعي).
ما هي النظائر
توجد النظائر في كل مكان في العالم الذي نعيش فيه ونتنفسه ، ولكن التوازن (أو النسب) التي تحدث فيها نظائر مختلفة لنفس العناصر ، تختلف بين المواد المختلفة (مثل أنواع الطعام المختلفة) والنظم البيئية (على سبيل المثال بين الأرض والبحر أو بين مناطق مناخية مختلفة) ، وبينما ننمو وأنسجتنا تتجدد باستمرار ، يتم دمج النظائر الموجودة في الطعام الذي نتناوله والماء الذي نشربه في جميع أنسجة أجسامنا ، بما في ذلك نظام الهيكل العظمي.
من خلال قياس نسب النظائر المختلفة في العظام أو الأسنان واستخدام المعرفة العلمية حول كيفية ظهورها في الطبيعة لتتبعها إلى حيث أتت ، يمكن لعلماء الآثار اكتشاف أشياء كثيرة عن الفرد ، مثل نظامهم الغذائي والبيئة التي يتواجدون فيها. ينمو.[1]
ما هي النظائر المستقرة
يوجد أكثر من 250 نظيرًا مستقرًا معروفًا و 80 من أول 82 عنصرًا في الجدول الدوري تحتوي على هذه النظائر ، وتحتوي كل من المركبات العضوية وغير العضوية على هذه النظائر ونسبها مع بعضها البعض بمثابة توقيع ، ويمكن لعلماء الآثار استنتاج كل شيء من الأنظمة تشير النظم الغذائية الفردية إلى تحركات السكان على نطاق واسع بناءً على كيمياء عينة عظام قديمة.
يمكن أن يكشف تحليل النظائر المستقرة ، وهو دراسة الفروق الدقيقة للعناصر في المواد الأثرية ، عن جميع أنواع الأسرار المتعلقة بالمناخ والنظام الغذائي والأصول الجغرافية للعظام والمواد الأخرى.
أنواع النظائر المستقرة
هناك العديد من النظائر المستقرة التي يستخدمها علماء الآثار ، ولكن أكثرها تحليلاً على نطاق واسع هي:
- الكربون: 13 درجة مئوية (أو C-13) و 12 درجة مئوية (أو C-12) ، يتم الإشارة إلى النسبة بين الاثنين (13 درجة مئوية / 12 درجة مئوية) عادةً بقيم δ13C (تنطق: دلتا -13-سي).
- النيتروجين: 15N (أو N-15) و 14 N (أو N-14). مرة أخرى ، يتم إعطاء النسبة بين الاثنين (15N / 14N) كقيم δ15N (delta-15-N).
- الأكسجين: 18O (O-18) و 16O (O-16) ، مع نسبتهم (18O / 16O) يُشار إليها بقيم δ18O (delta-18-s).
تُقاس النسب النظيرية باستخدام أدوات تحليلية تُعرف باسم مقياس الطيف الكتلي لنسبة النظائر (IRMS). غالبًا ما تُستخدم النسب النظيرية المستقرة للكربون والنيتروجين لاستكشاف مجموعة واسعة من أسئلة النظام الغذائي (مثل استهلاك المنتجات الحيوانية أو الأسماك).
كيف تستخدم النظائر المستقرة في علم الآثار
في الثمانينيات ، أدرك العلماء أن النسب المختلفة لنظائر الكربون والنيتروجين في عظام الإنسان يمكن أن توفر معلومات حول نوع النظام الغذائي الذي يستهلكه الأفراد. الغالبية العظمى من النباتات البرية هي نباتات C4 ، والتي تشمل الذرة بشكل خاص.
في التطبيقات المبكرة لطريقة النظائر ، تم استخدام هذا لتتبع إدخال الزراعة (زراعة الذرة) في أمريكا الشمالية ، حيث كان هناك عدد قليل جدًا من نباتات C4 في العصور القديمة ، وتستخدم نظائر الكربون المستقرة في الغالب للتمييز بين الأطعمة البرية والبحرية (الأسماك والمحار) ، إلى جانب نسب نظائر النيتروجين ، التي تزداد مع تقدم الفرد في السلسلة الغذائية ، يمكن أن تعطي مؤشرا على كمية المنتجات الحيوانية في النظام الغذائي.
بشكل حاسم ، لا يمكن للطريقة التمييز بين اللحوم ومنتجات الألبان ، على سبيل المثال ، كشفت دراسات عاداتنا الغذائية في الماضي أن الناس في العصر الحجري الحديث لم يستهلكوا أي سمكة تقريبًا ، وهو تغيير جذري للغاية عن العصر الميزوليتي السابق ، في حين أن أساقفة العصور الوسطى المرموقة استهلكوا الكثير من الأسماك المرتبطة بالصيام أكثر من جماعتهم.
أهمية النظائر المستقرة لعلماء الآثار
- في سبعينيات القرن الماضي ، اكتشف عالم الآثار نيكولاس فان دير ميروي هيكلًا عظميًا لا مثيل له في موقع جنوب إفريقيا الذي كان ينقبه ، جنبًا إلى جنب مع عالم فيزياء النظائر جون فوجل وعالم الحفريات البشرية فيليب ريتمير ، قرروا تطبيق تقنيات علمية جديدة مع النظائر على الهيكل العظمي. وكشف التحليل أن البشر القدامى كانوا يتبعون نظامًا غذائيًا مختلفًا عن غيرهم ممن اكتشفوا أثناء التنقيب ، مما يشير إلى تفاعلات غير متوقعة سابقًا بين الصيادين مثل الأشخاص الذين اكتشفوا في الموقع والمزارعين في المنطقة.
- تعد بصمات النظائر مفيدة جدًا للباحثين ، على سبيل المثال ، تمتص النباتات نظائر مستقرة من الكربون -12 والكربون -13 ، والتي لها نسبة متسقة مع بعضها البعض في الغلاف الجوي للأرض. يتم تمرير هذه النسبة إلى النباتات من خلال التربة والمياه التي تمتصها. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تغير كمية الماء والشمس وعوامل أخرى نسبة نظائر الكربون في النباتات. كما ذكرنا ، هناك ثلاث فئات من نسب الكربون لعملية التمثيل الضوئي للنبات: C3 و C4 و CAM. كلاهما يبحث عن شيء ما حول مكان زراعة النباتات وأنواع الظروف البيئية التي تحملوها. عندما تبتلع الحيوانات النباتات ، فإنها تصبح جزءًا من أجسامها. بدوره ، يُظهر تحليل كمية الكربون في شعر الحيوانات وأسنانها وعظامها النسبة المئوية لنظائر الكربون الموجودة في النباتات التي استهلكتها.
- تكشف النظائر الأخرى أيضًا جميع أنواع المعلومات حول المواد الأثرية ، حيث يتم امتصاص نظائر السترونتيوم في الأسنان أثناء تكوينها ، مما يؤدي إلى تكوين صورة سريعة للمكان الذي عاش فيه الفرد خلال طفولته ، ولكن الخلايا العظمية تتقلب باستمرار ، جمع بصمات السترونتيوم التي تعكس المكان الذي عاش فيه في الأفراد المتأخرين ، يمكن أن تكشف المقارنة بين الاثنين عن الحركة على مدى عمر الفرد أو تظهر أن الفرد لم يولد في الموقع الذي تم استعادته فيه ، ويمكن لنظائر النيتروجين أن تكشف عن عمر الطفل عندما بدأ بتناول الأطعمة الصلبة.
- تُستخدم النظائر المستقرة الآن لدراسة كل شيء من العظام إلى بقايا الطعام في الأواني ، ويمكن أيضًا استخدامها لتحديد مصدر المعادن المختلفة ، لكن تحليل النظائر ليس حلاً سحريًا ، فهو مكلف ، ولا تعمل التكنولوجيا على المواد التي تم حرقها ، ويجب تجنب التلوث بعناية. أقدم ، وأقل استنتاجًا منه ،
ختاما يتفكك كولاجين العظام بعد حوالي 50000 عام، ومع ذلك يمكن للذرات أن تخبرنا كثيرًا عن أصول وسلوكيات الأشخاص الذين أصبحت مواقع دفنهم حفريات أثرية.