化学时钟考古文物

约会考古发现仍然经常依靠类型学和地层学——一个产物是什么样子和发现的背景。放射性碳年代测定法的引入在战后年提供了一个路线为有机材料直接约会,但仍有一些约会选择无机材料如陶瓷和金属。近年来一些开创性的组织发展的新方法,基于化学变化,可以预见的是马克。

直到最近,大多数的约会方法利用核衰变。在地质学、放射性同位素技术已经使用了超过100年,但放射性碳年代测定法考古时间尺度开始由于科学进步在曼哈顿计划,第二次世界大战期间。方法是由美国化学家利比威拉德在1940年代末,他获得了1960年诺贝尔化学奖。碳14的方法是基于原则,在大气中形成的宇宙射线,在有机物浓度保持恒定,直到死亡,当它开始腐烂。

放射性碳测定年代革命考古学的重要性不可低估,今天它是一个标准的方法。全世界有成千的实验室和它可能成本约£200 - 250约会,”凯西说棉絮,高级讲师在英国布拉德福德大学考古科学。说,许多进步自垫初始工作。放射性碳年代测定法的精度已经在过去的30年里得到了很大的改善,从精度±50年±20年,显然有很大的差异。

但是无机材料呢?在考古的一个挑战是约会陶器、“棉絮说。你会发现很多陶器:保存完好,所以有很多。任何科学方法约会陶器很有吸引力。“目前最发达的方法是热释光约会。这使得使用捕获的电子在晶格缺陷,建立在水晶矿物包裹体在陶器(石英、长石和方解石)射击。重新加热,电子逃了出来,释放的能量,在光的形式,表明陶瓷的年龄。自己垫专家archaeomagnetic约会,用于样本日期如灶台,考古遗址上发现。但这两种方法都有它们的局限性。的东西添加到混合将会很有用,“棉絮说。

成功的约会方法需要一个时钟,一个可测量的属性,从一个固定的时间点。理想的时钟将独立于环境条件,这也解释了为什么同位素约会变得如此重要。被控制的同位素的半衰期,这些方法对温度变化不敏感或周围的化学环境。发现化学过程,可能提供可靠的时钟或者更加困难,但并非不可能。

盆栽的历史

一位研究人员试图做这是莫伊拉·威尔逊,建设科学的一个物理学家花了她的职业生涯在英国曼彻斯特大学的。她的方法是基于可逆再羟基化的烧制陶瓷随着时间的推移,被称为RHX约会。“是偶然,”威尔逊解释说,当研究人员在曼彻斯特发现他们可以利用热收缩的样本所有年龄段的砖,从现代到罗马。他们发现砖的年龄之间的关系和收缩量;老砖头显示更多的收缩。我们提出了最后一段(2003年)在一个临时的方式,这可能被利用的约会和整个地球来到我们的媒体,”威尔逊回忆说。一种新方法测定陶瓷是一个令人兴奋的前景考古学家。“很罕见有全新的原则方法,“棉絮说。

已经知道了很长一段时间,烧制砖受长期水分扩张可能导致结构性压力。”这个过程随着时间发生的速度越来越慢,因此一般不实践是使用新鲜的窑砖,”爱丁堡大学的材料化学家克里斯托弗·霍尔说,英国,和原RHX约会团队的一部分。霍尔说他们约会的关键“时钟”是发现与定义动力学发生扩张。它遵循第四根时间法(对数图的梯度水分膨胀和时间是0.25)。¹我们可能需要单个样本,re-fire,测量其收缩,然后气鳔水分并允许它再次扩大。然后测量其扩张速率常数和工作从需要多长时间回到国家,我们发现它,”他解释说。

时间膨胀的原因是再羟基化的粘土矿物。在解雇超过400°C,化学结合水驱动。”你开始摧毁的羟基与粘土有关,”霍尔说。的两个邻近的羟基反应,消除水分子,留下一个桥接氧气。在冷却,相反的过程和水成为化学与粘土矿物。“我个人的观点本质上是岩石风化过程的开始。地质学家知道岩石需要很长时间的天气,但最终硅酸盐岩石像花岗岩最终将转向粘土,基本上我相信我们看到的是这一进程的开始,”霍尔说。

在早期,威尔逊和大厅意识到约会的方法基于测量膨胀应变并不是去上班:再热引起的微观裂纹样品中“抹去”的一些post-reheating扩张。他们寻找其他标记。“我们发现有质量变化,和质量变化显示相同的第四根时间动力学应变,”Hall说。我们认为质量测量更敏感。先使用样品干和条件在一个受控的环境中,他们测量前后质量dehydroxylate加热到500°C。以质量测量的天他们可以找到质量增加的速度,称为RHX速率常数。

但与放射性碳年代测定法,再羟基化反应不是独立于它的环境。速率常数的温度依赖性,因此找到一个准确的速率常数的再羟基化需要进行加权平均温度对象经历了——它的“有效温度一生”。的考古遗址,土壤埋葬或在海洋环境中,环境温度实际上是相当有名,一个可以从气候信息,”霍尔说。维持RHX反应所需的大量的水一分钟,湿度并不是唯一的因素,但它确实需要仔细控制在质量测量。

需要验证的

研究小组发表了一些陶器包括日期七分之一世纪盎格鲁-撒克逊织机重量,出土于2007年,之前的交往从相关的骨骼。威尔逊也在研究样本samian器皿,一种细红褐色陶器在公元三世纪罗马帝国从第一。samian器皿的事情在于,他们有制造商标志和众所周知的制造商工作时,我们知道年龄在20年左右,”威尔逊说。她约会网站在汉普郡的碎片,马克的Damonus拉Graufesenque(著名的生产站点高卢);日期从邮票,45 - 75连续波和59±30 CE RHX约会。²

如果有人打开实验室的门,就是这样,数据集被摧毁

但十多年威尔逊和大厅发表了只有几个考古日期。霍尔说仍有一些棘手的方法论的问题需要解决。“我们不认为这是一个验证方法,因为别人不使用它,”他说。进展缓慢,由于复杂的挑战,尤其是测量所涉及的质量变化。“可接受的波动可能是两个或两个3/10微克,”威尔逊说。这需要一个微量天平能够测量一千万克内腔的一部分非常严格控制温度和湿度。

也有问题由考古陶瓷的性质造成的。(陶瓷)的组合材料制成的,然后使用,从其使用它有残留物,然后掩埋,“棉絮说。占所有这些不同的变化是一个挑战,因为它是用放射性碳50年前。也出现大错误如果陶瓷经历一生中加热将重置补液过程。事实上威尔逊发现这种情况用砖头给RHX日期比已知的年龄400岁。后来发现在1944年暴露在高温,重置RHX时钟。

测试他们的金属

约会比约会陶瓷金属带来了一个更大的问题,目前没有广泛使用科学的测定方法。没有人找到了可衡量的属性,经常随着时间的变化。但大多数金属都经历重要的化学变化随着年龄的增长,他们被腐蚀。这可以被用来设计一个精确的约会方法?

大学的化学家安东尼奥Domenech-Carbo在西班牙瓦伦西亚认为这是值得一试。我们发现的可能性监测腐蚀使用电化学方法的进步,”他说。与合作者一起弗里茨·朔尔茨格赖夫斯瓦尔德大学的在德国,Domenech-Carbo电化学技术,开发了一个使用成分,而不是程度,腐蚀的计算对象的年龄。

他们约会时钟的基础是腐蚀层随时间的变化特性。腐蚀主要始于一个不透水的光泽的金属氧化物,但随着时间的推移这个主要铜绿的扩张,形成一个二级铜绿,特点是低结晶度和高氧化态腐蚀产品。这些变化是时间。“我们的研究首次在约会,和基于我们的研究的几个古老的对象,覆盖金属的光泽一氧化铅(一种矿物的领导(二世)氧化),然后第二个多孔一氧化铅的神态,包括铅(四世)氧化物。“Domenech-Carbo也研究了铜和青铜文物。赤铜矿铜铜覆盖₂O层,它慢慢地转化成一层含有黑铜矿(错),黑铜矿的数量增加。

Domenech-Carbo朔尔茨意识到,如果他们可以测量金属离子的比例在每个氧化态,他们可以计算一个时代。非常令人吃惊的是,在某些情况下甚至这个腐蚀时钟节奏,这样你就可以真正日期样品如果你有条件,非常一致的在很长时间内,“朔尔茨说。这样一个考古金属不能约会是铁,朔尔茨说,其腐蚀非常依赖环境条件,以及不同的合金类型和成分。

Domenech-Carbo转向朔尔茨为完美的方法来衡量这一比率。朔尔茨曾开发出一种电化学方法称为伏安法固定化颗粒(VIMP),非破坏性的第一次接触技术。³电化学是极其敏感的:因为法拉第定律,你会得到一个巨大的收取少量的化合物,“朔尔茨说。他的技术使用石墨棒电极浸泡在石蜡表面接触的对象。这是一个机械传输最微小的痕迹的表面电极,在大多数情况下,纳克,”他解释说。使用标准完成电化电池电极,记录阴极峰电流电压曲线在不同的金属离子物种的减少。因为我们确定信号的比值,绝对数量的腐蚀产品样本没有任何意义,这是一个很大的优势,“朔尔茨说。

与RHX约会,这个方法确实需要校准使用对象已知的日期,暴露在类似的环境中,所以重要的是要了解的对象“腐蚀历史”。我们与年龄定义[使用]罗马硬币,因为有薄荷的名称,但在更古老的金属物体的情况下,他们还找到其他相关的[埋]对象用于校准,“Domenech-Carbo说。不幸的是校准需要为每个不同的环境背景下,不同于放射性碳年代测定法。在早期,利比计算出碳- 14含量相同的位置在任何时候,使放射性碳校准相对简单。

两人约会对象包括一系列的16个铅青铜人为古色古香的创建一个深灰色/绿表面特征。张成的样品从罗马现代雕塑网站在西班牙和约旦。在这种情况下一个时代被发现使用的比率PbO铜₂o .使用样本已知的日期,他们建造了一个校正曲线,在某些情况下几千年。⁴

RHX约会和电化学约会都是经历的初期问题在开发常见分析方法。威尔逊说,这听起来很容易,她回忆说考古学家感到惊讶当她不能够让他们在一周内样品的日期。”一周后(样本)还是干燥,”她说。但她有信心,她现在可以加快这一进程。“我不会放手。”

威尔逊建议他们面临的问题似乎非常类似被利比在他的发展中放射性碳年代测定法。当然,碳14是一个有趣的比较,认为大厅。他们受益于有很多非常高性能设备帮助他们在第二次世界大战后,但它花了很长时间。但没有类似的资源、进度为这些新方法可能慢。“你需要成功的早期为了确保足够的资金继续发展的。我认为有很多的潜力,但说服资助者认为长期是非常困难的,说棉絮。

瑞秋巴西是一个基于科学作家在伦敦,英国