Idratazione dell'ossidiana una tecnica di datazione economica ma problematica

Datazione dell'idratazione dell'ossidiana (o OHD) è una tecnica di datazione scientifica, che utilizza la comprensione della natura geochimica del vetro vulcanico (un silicato) chiamato ossidiana per fornire date relative e assolute sugli artefatti. Affioramenti di ossidiana in tutto il mondo, ed è stato utilizzato preferibilmente dai produttori di utensili in pietra perché è molto facile da lavorare, è molto nitido quando rotto, ed è disponibile in una varietà di colori vivaci, nero, arancione, rosso, verde e chiaro.

Fatti veloci: Obsidian Hydration Dating

• Obsidian Hydration Dating (OHD) è una tecnica di datazione scientifica che utilizza la natura geochimica unica degli occhiali vulcanici. 
• Il metodo si basa sulla crescita misurata e prevedibile di una scorza che si forma sul vetro quando viene esposta per la prima volta all'atmosfera. 
• I problemi sono che la crescita della scorza dipende da tre fattori: temperatura ambiente, pressione del vapore acqueo e chimica del vetro vulcanico stesso. 
• I recenti miglioramenti nella misurazione e i progressi analitici nell'assorbimento d'acqua promettono di risolvere alcuni dei problemi. 

Come e perché Obsidian Hydration Dating funziona

L'ossidiana contiene acqua intrappolata durante la sua formazione. Allo stato naturale, ha una crosta densa formata dalla diffusione dell'acqua nell'atmosfera quando si è raffreddata per la prima volta, il termine tecnico è "strato idratato". Quando una nuova superficie di ossidiana viene esposta all'atmosfera, come quando viene rotta per creare uno strumento di pietra, viene assorbita più acqua e la crosta inizia a ricrescere. Quella nuova scorza è visibile e può essere misurata con ingrandimento ad alta potenza (40-80x).

Le scorze preistoriche possono variare da meno di 1 micron (µm) a più di 50 µm, a seconda del periodo di esposizione. Misurando lo spessore si può facilmente determinare se un particolare artefatto è più vecchio di un altro (età relativa). Se si conosce la velocità con cui l'acqua si diffonde nel bicchiere per quel particolare pezzo di ossidiana (questa è la parte difficile), è possibile utilizzare OHD per determinare l'età assoluta degli oggetti. La relazione è disarmantemente semplice: Age = DX2, dove Age è in anni, D è una costante e X è lo spessore della scorza di idratazione in micron.

Definire la costante

Ossidiana, vetro vulcanico naturale che espone scorza, Montgomery Pass, Mineral County, Nevada. John Cancalosi / Oxford Scientific / Getty Images

È quasi una scommessa sicura che chiunque abbia mai realizzato strumenti in pietra e sapesse dell'ossidiana e dove trovarlo, lo usasse: come un bicchiere, si rompe in modi prevedibili e crea bordi estremamente nitidi. Realizzare strumenti di pietra con l'ossidiana grezza rompe la scorza e inizia il conteggio dell'orologio dell'ossidiana. La misurazione della crescita della crosta dopo l'interruzione può essere eseguita con un pezzo di attrezzatura che probabilmente esiste già nella maggior parte dei laboratori. Sembra perfetto, no??

Il problema è che la costante (quella subdola D lassù) deve combinare almeno altri tre fattori che sono noti per influenzare il tasso di crescita della scorza: temperatura, pressione del vapore acqueo e chimica del vetro.

La temperatura locale oscilla giornalmente, stagionalmente e su scale temporali più lunghe in ogni regione del pianeta. Gli archeologi lo riconoscono e hanno iniziato a creare un modello di temperatura di idratazione efficace (EHT) per tracciare e spiegare gli effetti della temperatura sull'idratazione, in funzione della temperatura media annuale, dell'intervallo di temperatura annuale e dell'intervallo di temperatura diurna. A volte gli studiosi aggiungono un fattore di correzione della profondità per tenere conto della temperatura dei manufatti sepolti, supponendo che le condizioni sotterranee siano significativamente diverse da quelle di superficie, ma gli effetti non sono ancora stati studiati troppo.

Vapore acqueo e chimica

Gli effetti della variazione della pressione del vapore acqueo nel clima in cui è stato trovato un manufatto di ossidiana non sono stati studiati così intensamente come gli effetti della temperatura. In generale, il vapore acqueo varia con l'elevazione, quindi in genere si può presumere che il vapore acqueo sia costante all'interno di un sito o di una regione. Ma l'OHD è problematico in regioni come le Ande del Sud America, dove le persone hanno portato i loro manufatti di ossidiana attraverso enormi cambiamenti di altitudine, dalle regioni costiere a livello del mare alle montagne alte 4.000 metri (12.000 piedi) e superiori.

Ancora più difficile da spiegare è la chimica del vetro differenziale negli ossidiani. Alcuni ossidiani si idratano più velocemente di altri, anche all'interno dello stesso ambiente deposizionale. Puoi osservare l'ossidiana (ovvero identificare l'affioramento naturale in cui è stato trovato un pezzo di ossidiana), e quindi puoi correggere quella variazione misurando le velocità nella sorgente e utilizzandole per creare curve di idratazione specifiche della sorgente. Tuttavia, poiché la quantità di acqua all'interno dell'ossidiana può variare anche all'interno dei noduli di ossidiana da una singola fonte, tale contenuto può influire in modo significativo sulle stime dell'età.

Ricerca sulla struttura dell'acqua

La metodologia per regolare le calibrazioni per la variabilità del clima è una tecnologia emergente nel 21 ° secolo. Nuovi metodi valutano criticamente i profili di profondità dell'idrogeno sulle superfici idratate usando la spettrometria di massa ionica secondaria (SIMS) o la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier. La struttura interna del contenuto di acqua nell'ossidiana è stata identificata come una variabile altamente influente che controlla la velocità di diffusione dell'acqua a temperatura ambiente. È stato anche scoperto che tali strutture, come il contenuto di acqua, variano all'interno delle fonti di cava riconosciute.  

Abbinata a una metodologia di misurazione più precisa, la tecnica ha il potenziale per aumentare l'affidabilità di OHD e fornire una finestra sulla valutazione delle condizioni climatiche locali, in particolare i regimi di paleo-temperatura. 

Storia dell'ossidiana

Il tasso misurabile di crescita della scorza di Obsidian è stato riconosciuto dagli anni '60. Nel 1966, i geologi Irving Friedman, Robert L. Smith e William D. Long pubblicarono il primo studio, i risultati dell'idratazione sperimentale dell'ossidiana dalle Valles Mountains del New Mexico.

Da quel momento, sono stati intrapresi progressi significativi negli impatti riconosciuti del vapore acqueo, della temperatura e della chimica del vetro, identificando e tenendo conto di gran parte della variazione, creando tecniche di risoluzione più elevate per misurare la crosta e definire il profilo di diffusione, inventare e migliorare nuove modelli per EFH e studi sul meccanismo di diffusione. Nonostante i suoi limiti, le date di idratazione dell'ossidiana sono molto meno costose del radiocarbonio ed è una pratica di datazione standard in molte regioni del mondo oggi.

fonti

• Liritzis, Ioannis e Nikolaos Laskaris. "Cinquant'anni di ossidazione risalente all'archeologia." Diario di solidi non cristallini 357.10 (2011): 2011-23. Stampa.
• Nakazawa, Yuichi. "L'importanza dell'ossidazione di ossidiana risalente alla valutazione dell'integrità di Holocene Midden, Hokkaido, Giappone settentrionale." Quaternario Internazionale 397 (2016): 474-83. Stampa.
• Nakazawa, Yuichi, et al. "Un confronto sistematico delle misure di idratazione dell'ossidiana: la prima applicazione di micro-immagine con spettrometria di massa ionica secondaria all'ossidiana preistorica." Quaternario Internazionale (2018). Stampa.
• Rogers, Alexander K. e Daron Duke. "Inaffidabilità del metodo di idratazione dell'ossidiana indotta con protocolli abbreviati di immersione a caldo." Journal of Archaeological Science 52 (2014): 428-35. Stampa.
• Rogers, Alexander K. e Christopher M. Stevenson. "Protocolli per l'idratazione di laboratorio dell'ossidiana e il loro effetto sull'accuratezza del tasso di idratazione: uno studio di simulazione Monte Carlo." Journal of Archaeological Science: Rapporti 16 (2017): 117-26. Stampa.
• Stevenson, Christopher M., Alexander K. Rogers e Michael D. Glascock. "Variabilità del contenuto di acqua strutturale dell'ossidiana e sua importanza nella datazione dell'idratazione dei manufatti culturali." Journal of Archaeological Science: Rapporti 23 (2019): 231-42. Stampa.
• Tripcevich, Nicholas, Jelmer W. Eerkens e Tim R. Carpenter. "Idratazione di ossidiana ad alta quota: cava arcaica alla sorgente di Chivay, nel sud del Perù." Journal of Archaeological Science 39.5 (2012): 1360-67. Stampa.