Sozialwissenschaften

Obsidianhydratation – Eine kostengünstige, aber problematische Datierungstechnik

Die Obsidian-Hydratationsdatierung (OHD) ist eine wissenschaftliche Datierungstechnik. bei der das Verständnis der geochemischen Natur des als Obsidian bezeichneten vulkanischen Glases (eines Silikats. verwendet wird  , um sowohl relative als auch absolute Daten für Artefakte bereitzustellen. Obsidian-Aufschlüsse auf der ganzen Welt und wurden bevorzugt von Steinwerkzeugherstellern verwendet, da es sehr einfach zu verarbeiten ist, im gebrochenen Zustand sehr scharf ist und in einer Vielzahl lebendiger Farben erhältlich ist: Schwarz, Orange, Rot, Grün und Klar .

Schnelle Fakten: Obsidian Hydration Dating

  • Obsidian Hydration Dating (OHD) ist eine wissenschaftliche Datierungstechnik, die die einzigartige geochemische Natur von Vulkangläsern nutzt.
  • Das Verfahren beruht auf dem gemessenen und vorhersagbaren Wachstum einer Rinde, die sich auf dem Glas bildet, wenn es zum ersten Mal der Atmosphäre ausgesetzt wird.
  • Das Problem ist, dass das Rindenwachstum von drei Faktoren abhängt: Umgebungstemperatur, Wasserdampfdruck und der Chemie des Vulkanglases.
  • Jüngste Verbesserungen bei der Messung und analytische Fortschritte bei der Wasseraufnahme versprechen, einige der Probleme zu lösen.

 

Wie und warum Obsidian Hydration Dating funktioniert

Obsidian enthält Wasser, das während seiner Bildung darin eingeschlossen ist. In seinem natürlichen Zustand hat es eine dicke Schale,  die durch die Diffusion des Wassers in die Atmosphäre beim ersten Abkühlen gebildet wird – der Fachbegriff lautet „hydratisierte Schicht“. Wenn eine frische Oberfläche aus Obsidian der Atmosphäre ausgesetzt wird, wie wenn sie zu einem Steinwerkzeug zerbrochen wird , wird mehr Wasser absorbiert und die Rinde beginnt wieder zu wachsen. Diese neue Rinde ist sichtbar und kann unter starker Vergrößerung (40–80x) gemessen werden.

Prähistorische Schwarten können je nach Belichtungszeit zwischen weniger als 1 Mikron (µm) und mehr als 50 µm variieren. Durch Messen der Dicke kann leicht festgestellt werden, ob ein bestimmtes Artefakt älter als ein anderes ist ( relatives Alter ). Wenn die Geschwindigkeit bekannt ist, mit der Wasser für diesen bestimmten Obsidianblock in das Glas diffundiert (das ist der schwierige Teil), können Sie OHD verwenden, um das absolute Alter von Objekten zu bestimmen . Die Beziehung ist entwaffnend einfach: Alter=DX2, wobei Alter in Jahren ist, D eine Konstante ist und X die Dicke der Hydratationsschale in Mikrometern ist.

 

Konstante definieren

Obsidian, natürliches vulkanisches Glas, das Schwarte ausstellt, Montgomery Pass, Mineral County, Nevada. John Cancalosi / Oxford Scientific / Getty Images

Es ist fast sicher, dass jeder, der jemals Steinwerkzeuge hergestellt hat und über Obsidian Bescheid wusste und wusste, wo es zu finden ist, es verwendet hat: Als Glas bricht es auf vorhersehbare Weise und erzeugt äußerst scharfe Kanten. Die Herstellung von Steinwerkzeugen aus rohem Obsidian bricht die Rinde und startet das Zählen der Obsidianuhr. Die Messung des Rindenwachstums seit dem Bruch kann mit einem Gerät durchgeführt werden, das wahrscheinlich bereits in den meisten Labors vorhanden ist. Es klingt perfekt, nicht wahr?

Das Problem ist, dass die Konstante (das hinterhältige D dort oben) mindestens drei andere Faktoren kombinieren muss, von denen bekannt ist, dass sie die Geschwindigkeit des Rindenwachstums beeinflussen: Temperatur, Wasserdampfdruck und Glaschemie.

Die lokale Temperatur schwankt täglich, saisonal und über längere Zeiträume in jeder Region der Erde. Archäologen haben dies erkannt und mit der Erstellung eines EHT-Modells (Effective Hydration Temperature) begonnen, um die Auswirkungen der Temperatur auf die Hydratation als Funktion der jährlichen Durchschnittstemperatur, des jährlichen Temperaturbereichs und des täglichen Temperaturbereichs zu verfolgen und zu berücksichtigen. Manchmal fügen Wissenschaftler einen Tiefenkorrekturfaktor hinzu, um die Temperatur von vergrabenen Artefakten zu berücksichtigen, vorausgesetzt, die unterirdischen Bedingungen unterscheiden sich erheblich von denen an der Oberfläche – aber die Auswirkungen wurden noch nicht zu genau untersucht.

 

Wasserdampf und Chemie

Die Auswirkungen von Änderungen des Wasserdampfdrucks in dem Klima, in dem ein Obsidianartefakt gefunden wurde, wurden nicht so intensiv untersucht wie die Auswirkungen der Temperatur. Im Allgemeinen variiert der Wasserdampf mit der Höhe, sodass Sie normalerweise davon ausgehen können, dass der Wasserdampf innerhalb eines Standorts oder einer Region konstant ist. Aber OHD ist in Regionen wie den Anden in Südamerika problematisch , wo Menschen ihre Obsidianartefakte über enorme Höhenunterschiede gebracht haben. von den Küstenregionen des Meeresspiegels bis zu den 4.000 Meter hohen Bergen und höher.

Noch schwieriger zu erklären ist die differentielle Glaschemie bei Obsidianen. Einige Obsidiane hydratisieren schneller als andere, selbst in genau derselben Ablagerungsumgebung. Sie können Obsidian als Quelle angeben (dh den natürlichen Aufschluss identifizieren, in dem ein Stück Obsidian gefunden wurde), und so können Sie diese Abweichung korrigieren, indem Sie die Raten in der Quelle messen und diese verwenden, um
quellenspezifische Hydratationskurven zu erstellen. Da jedoch die Wassermenge im Obsidian selbst innerhalb der Obsidian-Knötchen aus einer Hand variieren kann, kann dieser Gehalt die Altersschätzungen erheblich beeinflussen.

 

Wasserstrukturforschung

Die Methode zur Anpassung der Kalibrierungen an die Variabilität des Klimas ist eine aufstrebende Technologie im 21. Jahrhundert. Neue Methoden bewerten die Tiefenprofile von Wasserstoff auf den hydratisierten Oberflächen mithilfe der Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) oder der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie kritisch. Die interne Struktur des Wassergehalts im Obsidian wurde als einflussreiche Variable identifiziert, die die Geschwindigkeit der Wasserdiffusion bei Umgebungstemperatur steuert. Es wurde auch festgestellt, dass solche Strukturen wie der Wassergehalt innerhalb der anerkannten Steinbruchquellen variieren.

In Verbindung mit einer genaueren Messmethode kann die Technik die Zuverlässigkeit von OHD erhöhen und ein Fenster für die Bewertung lokaler klimatischer Bedingungen, insbesondere von Paläotemperaturregimen, bieten.

 

Obsidian Geschichte

Obsidians messbare Rindenwachstumsrate ist seit den 1960er Jahren bekannt. 1966 veröffentlichten die Geologen Irving Friedman, Robert L. Smith und William D. Long die erste Studie, die Ergebnisse der experimentellen Hydratisierung von Obsidian aus den Valles Mountains in New Mexico.

Seit dieser Zeit wurden erhebliche Fortschritte bei den erkannten Auswirkungen der Wasserdampf-, Temperatur- und Glaschemie erzielt, wobei ein Großteil der Abweichungen identifiziert und berücksichtigt wurde. Dabei wurden Techniken mit höherer Auflösung entwickelt, um die Rinde zu messen und das Diffusionsprofil zu definieren sowie neue zu erfinden und zu verbessern Modelle für EFH und Studien zum Diffusionsmechanismus. Trotz seiner Einschränkungen sind Obsidian-Hydratationsdaten weitaus günstiger als Radiokohlenstoff und es ist heutzutage in vielen Regionen der Welt eine Standard-Datierungspraxis.

 

Quellen

 

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