A radiokarbonos kormeghatározás a régészet szolgálatában

Ki és mikor alkotta meg a radiokarbonos kormeghatározás technikáját? Pontosan mit is jelent? Napjainkban milyen eszközöket használnak a vizsgálatok során? Melyek lehetnek a céljai az ilyen vizsgálatoknak? Milyen mértékben tudja segíteni a régészetet a kutatásai során? Milyen konkrét példák vannak a szénizotópos vizsgálatokra? Ezeknek a kérdéseknek igyekeztem utánajárni ebben az írásban.

Egy kis témamegalapozás…

Willard Frank Libby, a radiokarbonos kormeghatározás
módszerének a megalkotója.
Forrás: https://www.spektrum.de/lexikon/ biologie/libby-willard-frank/39204

Willard Frank Libby amerikai vegyész 1908. december 17-én született Grand Valley-ben – Colorado állam, Amerikai Egyesült Államok. Ő volt az, aki megalkotta a 14C-es izotópon (vagyis a tizennégyes tömegszámú szénizotópon – szerk. megj.) alapuló radiokarbonos kormeghatározás módszerét. Napjainkban ez rendkívül értékes eszközévé vált a régészetnek, antropológiának és a földtudományoknak. 1960-ban kémiai Nobel-díjat kapott érte.1

Willard Frank Libby a Kaliforniai Egyetemen tanult, ahol 1931-ben főiskolai diplomát, 1933-ra pedig doktorátust szerzett. 1938-ra egyetemi adjunktus lett. 1940-ben feleségül vette Leonor Hickey-t. 1941-ben Libby guggenheimi ösztöndíjat kapott, hogy a New Jersey-i Princeton Egyetemen dolgozzon, de munkáját félbeszakította az Egyesült Államok belépése a II. világháborúba. Szabadságra küldték a New York-i Columbia Egyetemre, a Columbiai War Research Divisionbe, ahol a kémiai Nobel-díjas tudóssal, Harold Clayton Urey-vel dolgozott együtt. A Manhattan-projekthez (1941–1945) kapcsolódóan Libby segített kifejleszteni egy módszert az uránizotópok gázdiffúzióval történő szétválasztására, ami az atombomba létrehozásának alapvető lépése. 1945-re egyetemi docensként dolgozott. 1946-ban rájött, hogy a felső légkörben lévő kozmikus sugarak a trícium, a hidrogén legnehezebb izotópjának nyomait termelik, amely a légköri víz nyomaként használható. A tríciumkoncentráció mérésével kifejlesztett egy módszert a kútvíz és a bor korának meghatározására, valamint a víz keringési mintáinak és az óceánok vizei keveredésének mérésére. Libby a Nukleáris Tanulmányok Intézetének (ma Enrico Fermi Institute for Nuclear Studies) és a Chicagói Egyetem kémia tanszékének (1945–1959) kémiaprofesszora lett. 1959-től Libby a kaliforniai Los Angeles-i egyetem kémiaprofesszora volt. 1962-től haláláig a Geofizikai és Bolygófizikai Intézet igazgatója volt.2

1947. március 4-én Libby és tanítványai a 14C-es kormeghatározási technikával alkották meg az első életkor-meghatározást. Libby és tanítványai felfedezték, hogy a 14C-atomok a bomlás során béta-részecskéket szabadítanak fel, a kibocsátásokat egy Geiger-számlálóval sikerült megszámolniuk. Ez bizonyult a hagyományos módszer alapjainak, amelyet számos radiokarbon-laboratóriumban a mai napig használnak. Ezek alapján Libby-nek sikerült egy egységes rendszert létrehoznia, amely régészeti lelőhelyeken gyűjtött szerves anyagok mintáján alapul, így például faszén, fa, magvak és egyéb növényi maradványok, valamint emberi és állati csontok.3 Elmondható, hogy Libby 1947-es tevékenysége tekinthető a radiokarbonos kormeg­határozás születésének.

Willard Frank Libby 1980. szeptember 8-án hunyt el Los Angelesben (Kalifornia állam, Amerikai Egyesült Államok).4

A radiokarbonos kormeghatározás

C molekuláris szerkezete.
Forrás: C0475352- Carbon-14,_atomic_structure.jpg (sciencephoto.com)

A radiokarbonos (vagy szénizotópos) kormeghatározás az abszolút kormeg­határozási módszerek közé tartozik, amelyben a szén instabil izotópját használják az adott szerves anyagok datálására. Az abszolút keltezéshez sorolják például a dendrokronológiát vagy a naptár és a történeti időrend általi kormeghatározási módszereket. A szénizotópos kormeghatározás egy olyan kormeghatározási eljárás, amely segítségével a természetben előforduló 14C-izotóp felhasználásával a széntartalmú anyagok korát állapíthatjuk meg. De pontosan mire is jó ez a kormeghatározás?

A radiokarbonos (vagy szénizotópos) kormeghatározás a növényekben, az állati és/vagy emberi szervezetben felhalmozódott szénatomok mennyiségét vizsgálja. Az élő szervezet folyamatosan szént vesz fel a környezetéből, a halál beállta után viszont megszűnik a szénfelvétel, ettől a pillanattól kezdve a 14C-izotóp bomlani kezd. A bomlásának egyenlőtlenségét és gyorsaságát az atomfizikusok pontosan megfigyelték: kb. 5500 év kell ahhoz, hogy a 14C-izotóp mennyisége a felére csökkenjen. Mondhatni ez az eljárás nem is tűnik olyan nehéznek, csak egy erre alkalmas laborban meg kell számolni egy faszéndarabka, egy szenült mag vagy csont anyagában megmaradt 14C-izotópokat, és így máris megtudhatjuk az adott anyag abszolút korát.5 Napjainkban elmondható, hogy a szén­izotópos vizsgálatoknál a szén felezési ideje 5730 év.

A radiokarbonos kormeghatározásnak a célja, hogy a szén instabil izotópjának a segítségével a kutatók meghatározzák a szenet tartalmazó leletek korát.

A felhasznált eszközök

Mint minden kutatásnál, a szénizotópos kormeghatározásnál is vannak nagyon fontos eszközök, amelyek segítségével kutathatjuk a szénatomokat. Olyan eszközökről beszélhetünk, amelyeknek a segítségével ki lehet mutatni a 14C-es izotópot a szerves anyagokban. Molnár Mihály és Svingor Éva a Radiokarbon kormeghatározás című munkájukban a 14C-es izotóp kimutatására több lehetőséget is felsorolnak, mint például: meg lehet mérni a minta aktivitását hagyományos aktivitásmérésen alapuló technikákkal (folyadékszcintillációs vagy gáztöltésű proporcionális számlálókkal), vagy mérni lehet közvetlenül a 14C/12C-izotóparányt speciálisan erre a célra kifejlesztett tömegspektrométerrel (Accelerator Mass Spectrometry, AMS-módszer).6 A folyadékszcintillációs proporcionális számlálóknál a trícium és 14C-anyagokat használják fel, hogy megvizsgálják a folyadékok széntartalmát. A gáztöltésű proporcionális számláló a szén-dioxidban vizsgálja a szénatomok számát. A folyadékszcintillációs vagy gáztöltésű proporcionális számlálóknál sokkal nagyobb anyagmintával kell dolgozni, és az elemzés is sokkal hosszabb ideig eltart, mint a tömegspektrométeres vizsgálatoknál. Míg a folyadékszcintillációs vagy gáztöltésű proporcionális számlálóknál 5–10 gramm szénre is szükség lehet, és az elemzés is több napot vesz igénybe, addig a tömegspektrométeres vizsgálatoknál elég 0,5 gramm szén, és nagyon hamar meglesz az eredmény. Meglátásom szerint a tömegspektrométeres vizsgálatok jobbak, hiszen ugyanazt az eredményt képesek kimutatni, mint a folyadékszcintillációs vagy gáztöltésű proporcionális számlálók, kevesebb anyagfelhasználással, és sokkal rövidebb idő alatt.

Alkalmazása a régészetben

A radiokarbonos kormeghatározás a régészet egyik segédtudománya, amely nagyban megkönnyíti az ásatásból származó leletek korának abszolút értékét.

Az ásatásokon a figyelem főként a leletanyagra irányul. A Müller Róbert által szerkesztett Régészeti Kézikönyv szerint az ásatás leletanyagát két jól elkülönülő csoportra lehetne osztani: melyeken lehet, és melyeken nem lehet szénizotópos kormeghatározást végezni. Az első csoportba azok a leletek tartoznak, amelyeken lehet radiokarbonos datálást végezni, idetartoznak például a fa-, faszénmaradványok, a magvak, levelek, a vászon, tőzeg, humusz, csont, szarv, haj, kagyló, csiga, karbonátos üledékek (cseppkő) és a talajok is. Mindenképpen olyan leletek tartoznak ide, amelyekben mérhető a biológiai eredetű szén jelenléte. Ezzel szemben a másik csoportba azok a leletanyagok tartoznak, amelyeken nem lehet radiokarbonos datálást végezni. Általában ezek az anyagok nem dátumozhatók, mivel nem adnak reális kort, ilyenek például a vakolat, a habarcs vagy a kerámiában maradt szerves anyagok. Ezek mellett különleges technikát igényelnek a festmények, a barlangrajzok és a vaseszközökben lévő szén datálása.7

A régészet munkáját a kormeghatározás tekintetében nagyban elő tudja segíteni az OxCal program használata. Az OxCal egy számítógépes program, amely lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy sokféle elemzést végezzen a 14C-es izotóp-dátumokon, az egyszerű kalibrálástól kezdve a teljes régészeti lelőhelyek elemzéséig, ideértve a statigráfiát és egyéb datálási módszereket. A program hasznos lehet a régészek és a 14C-laboratóriumok számára, mind a datálási programok tervezésében, mind a régészeti lelőhelyekről származó datálási bizonyítékok elemzésében.8

Románia területén talán az egyik legjobb példa az ásatásból származó leletek korának beazonosítására az, amit az újvári ásatás során láthattunk. Az Újvár (Uivar) a Temes völgyében fekszik, a Bánát-síkságon. Ez az egyik neolitikum kori település a sok közül, amelyet megtaláltak a Kárpát-medencében az időszámításunk előtti hatodik évezredből. Az újvári felfedezés neolitikum kori házakat foglal magában. 1998-tól 2009-ig tartott a román–német csapatok közös kutatása. Az együttműködésük által a vizsgált terület mintegy három hektárt foglal magába. A terület elemzése nemcsak a felszínen található háromhektáros területből állt, hanem egyben egy négyméteres, függőleges irányítású rétegződés vizsgálatából is. Ezek mellett több geofizikai felmérést is végeztek. A felmérés során előkerült a lakóházak körül egy védőárok is, amelynek külső része 350 × 200 méteres ellipszist képez a házak körül, és így összesen mintegy 12 hektárnyi területtel rendelkezik a tell (ez a régészeti szakkifejezés régi városokat rejtő törmelékhalmot, településdombot jelöl – szerk. megj.) neolitikum kori település. A geofizikai felmérés nem csak a tell tetejét vizsgálta meg. A vizsgálat során számos, szorosan egymás mellé állított, többé-kevésbé szabályos, koncentrikus elrendezésben levő épülettel és talán üres központi térrel rendelkező települést találtak, és arra következtetésre jutottak, hogy sok épület leégett. Ezt a geofizikai felmérésből állapították meg, mivel a méréskor az anomáliák ezt a lehetőséget mutatták a neolitikumi házak megsemmisítésével kapcsolatban. A felmérésekből az is kiderült, hogy az egymást követő szintek nagyjából ugyanazt a tájolást és térközt követik. Az épületek téglalap alakúak voltak. Az akár 12 méter hosszú és 6 méter széles házakat általában két vagy három helyiségre osztották fel. Egyes épületek kétszintesek voltak – vagy teljes hosszukban, vagy csak egy részük.9 Meglátásom szerint ezekből az adatokból azt a tényt lehet kikövetkeztetni, hogy az újvári neolitikumi népcsoport nagyon is fejlett volt az építkezés szempontjából.

Geofizikai felmérés az újvári neolit tell-településről

A kutatás során a geofizikai mérések mellett az ásatások során mintavételezés is történt radiokarbonos kormeghatározásra. Összesen 182 ilyen kormeg­határozást végeztek el az újvári tellen található házak maradványain. Sokkal pontosabb adatokat lehetett így nyerni arról, hogy mikor keletkeztek, meddig használták és mikor szűntek meg létezni ezek a házak, mint hogyha más kormeghatározási módszert alkalmaztak volna. Egyes épületeknél sajnos ehhez nem állt rendelkezésre elegendő anyag, ezért a kutatók egy becsült értéket állapítottak meg, amelyet később az elemzésnél felhasználtak. A kutatások arra is fényt derítettek, hogy az egykori település stabil, és egyben egyszerű szerkezettel rendelkezett. Tell rétegjeiből az is kiderült, hogy a házak átlagos élettartama 36 év volt, de a vizsgálatok során nem szabad figyelmen kívül hagyni a tell-település életéből az esetleges, véletlenszerű leégéseket. Ezek mellett az is kiderült, hogy a házak építése között időbeli eltolódások, különbségek vannak, amiket a kutatók a neolitikum kori társadalmi és gazdasági változásokkal hoztak összefüggésbe.10 Meglátásom szerint az újvári neolitikumi házak felfedezése igazi ritkaságnak számít.

Egy másik régészeti eset, amikor a radiokarbonos kormeghatározást alkalmazták, az albániai Hekalhoz kapcsolódik. Ebben a kutatásban a hangsúly a csontok vizsgálatának és korának a megállapítása volt. Az emberi és állati régészeti maradványok (csont, fog, elefántcsont és agancs) nagyon komplex anyagoknak minősülnek, amelyeknél a radiokarbonos kormeghatározási technikát alkalmazni tudják. A csontokat alapvetően egy szerves kollagén (aminosavak, például glicin, proline, hidroxiprolin stb.) és egy szervetlen ásványi anyag (kalcium-foszfátot tartalmazó strukturális karbonát) építi fel. Az ásványi frakcióból származó szén alkalmas lehet 14C-es kormeghatározásra. A szerves kollagénnek a csontokból való kivonása a legkedveltebb módszer. A friss csont körülbelül 20 milligramm kollagént tartalmaz. A legkorábbi 14C-es dátumokat egész csontok vizsgálatakor kapták. Napjainkban is alkalmazzák ezt a 14C-es laboratóriumokban. Ennél a vizsgálati formánál a legelterjedtebb eljárás az ultraszűrés, amely elválasztja a nagy molekulatömegű kollagénvegyületeket más anyagoktól. A csontokból kivont kollagént egy zselés anyaggá alakítják ultratiszta vízzel. A zselatinfilteres (részleges) tisztítása után következik az ultratisztítás (teljes tisztítás). Ezek után egy fagyasztási és szárítási folyamat kezdődik. Később elégetik a kiszárított zseléket, és az így keletkezett szén-dioxidot az AMS műszer (tömegspektrométer) segítségével kielemzik (13C/14C vagy a 14N/15N arányát – az N a nitrogén vegyjele, szerk. megj.). Van, amikor a szén-dioxid-mintákat grafitrészecskékké alakítják, és utána alkalmazzák az AMS-elemzést. A vizsgálatoknál az elsődleges minták (vakminták) eredményeit korrigálni kell a szennyezettség behatása miatt. A szennyezettség miatt a korrelációkor az elsődleges eredmény nem kis mértékben tud megváltozni, amíg kialakulnak a végleges eredmények (a modern csontoknál). A laboratóriumban feldolgozott csontminták többsége neolitikumi vagy fiatalabb korú, így a vakkorrekció csak kis mértékben változtatja meg az eredményeket, de ezek a kis változások nagyobb jelentőséget kaphatnak a paleolitikumi korszakban. A szennyezettség a csontminták elemzésének az eredményeit öregíteni vagy fiatalítani tudja.11 Összességében elmondható, hogy a fent említett eljárás nagyon hasznos tud lenni a régészek és antropológusok számára a csontanyagok korának a meghatározásában.

Házrekonstrukció

Ha a csontok elemzéséről beszélünk, akkor elengedhetetlen azt pontosítani, hogy elemzés előtt milyen lényeges szempontoknak kell megfeleljenek a csontok ahhoz, hogy alkalmasak legyenek radiokarbonos kormeghatározásra. Ezt a tényt úgy lehet a legkönnyebben eldönteni, hogy megvizsgáljuk a csontokat. Az elemzésre alkalmas csontok színe sárgásfehér, barnásfehér vagy barnássárga, az anyaga pedig kemény (még a csontszilánkokat is nagyon nehéz tovább törni). Ezzel szemben az elemzésre alkalmatlan csontok színe szürkésfehér, fehér, már-már ,,betegesen sápadt” és az anyagát tekintve rideg, törhető, morzsolható, porlad. A különbség a kollagén meglétében keresendő. Az emberi csontok közül külön kiemelendők az üreges csontok (azok a legjobbak), de ezek mellett nagyon jó forrást tudnak képezni a bordák, a kéz- és a lábcsontok is. Az AMS-mérésre a legalkalmasabb csonttípusok: a szarv, tülök, koponya, fogak, lapos csontok.12

Összegzés

Összegezve a fentieket, elmondható, hogy a radiokarbonos kormeghatározás a régészeti és/vagy antropológiai kutatásokban nagyon is hasznos. Ennek a kormeghatározási módszernek rengeteg fontos felhasználási módja és területe van a tudomány oltárán. A szén­izotópos kormeghatározás az egyik leghasznosabb kormeghatározási módszer, hiszen egy abszolút értéket tud adni a vizsgált lelet korával kapcsolatban, ami nagy segítség nyújt a régészeti és/vagy antropológiai kutatások során.

A neolit tell-település rekonstrukciója, ahogy Kr. e. 4800 körül kinézhetett

 

Felhasznált irodalom:

Bánffy 2003 Bánffy E.: Keltezési módszerek. In: Visy Zs. (szerk.): Magyar régészet az ezredfordulón. Budapest, 2003. 44–48.

Drașovean et. al. 2017 Drașovean, F. – Schier, W. – Bayliss, A. – Gaydarska, B. – Whittle, A.: The Lives of Houses: Duration, Context, and History at Neolithic Uivar, Romania. European Journal of Archaeology 20/4. 2017. 636–662.

Kauffman Kauffman, G. B.: Willard Frank Libby. In: Britannica.

Major et. al. 2009 https://www.britannica.com/biography/Willard-Libby, (megtekintve: 2020. december 27.) Major István et al.: Assessment and development of bone preparation for radiocarbon dating at Hekal. Radiocarbon 61/5, 2019. 1551–1561.

Molnár–Svingor 2011 Molnár M. – Svingor É.: Radiokarbon kormeghatározás. In: Müller Róbert (főszerk.): Régészeti kézikönyv.. Budapest, 2011, 532–544.

Ramsey 1995 Ramsey, C. B.: Radiocarbon Calibration and Analysis of Stratigraphy: The Oxcal Program. Radiocarbon 37/2, 1995, 425–430

Renfrew 1999 Renfrew, C.: Régészet. Elmélet, módszer, gyakorlat. Budapest, 1999. 132.

Jegyzetek

1 Kauffman

2 Kauffman

3 Renfrew 1999, 132.

4 Kauffman

5 Bánffy 2003, 46.

6 Molnár–Svingor 2011, 533.

7 Molnár–Svingor 2011, 534.

8 Ramsey 1995, 430.

9 Drașovean et. al. 2017, 637–643.

10 Drașovean et. al. 2017, 643–653.

11 Major et. al. 2009, 1551—1562.

12 Molnár–Svingor 2011, 535–538.

Új hozzászólás