Obsidian-Hydratation – eine kostengünstige, aber problematische Datierungstechnik

Obsidian-Aufschluss in der Nähe der San-Andreas-Verwerfung auf Red Hill, einem Salton-Butte-Vulkan in der Nähe von Calipatria, Kalifornien. David McNew / Getty Images Nachrichten / Getty Images

Obsidian-Hydratationsdatierung (oder OHD) ist a Wissenschaftliche Datierungstechnik , die das Verständnis der geochemischen Natur des vulkanischen Glases (a Silikat ) genannt Obsidian um sowohl relative als auch absolute Daten für Artefakte bereitzustellen. Obsidian tritt auf der ganzen Welt zutage und wurde bevorzugt von Steinwerkzeugherstellern verwendet, da er sehr einfach zu bearbeiten ist, sehr scharf ist, wenn er gebrochen wird, und in einer Vielzahl von leuchtenden 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 vulkanischer Gläser 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.
• Probleme sind, dass das Schwartewachstum von drei Faktoren abhängt: Umgebungstemperatur, Wasserdampfdruck und die Chemie des vulkanischen Glases selbst.
• Jüngste Verbesserungen bei der Messung und analytische Fortschritte bei der Wasserabsorption versprechen, einige der Probleme zu lösen.

Wie und warum Obsidian Hydration Dating funktioniert

Obsidian enthält während seiner Entstehung eingeschlossenes Wasser. In seinem natürlichen Zustand hat es a dicke Rinde gebildet durch die Diffusion des Wassers in die Atmosphäre, wenn es zum ersten Mal abkühlt – der Fachausdruck ist „hydratisierte Schicht“. Wenn eine frische Oberfläche von Obsidian der Atmosphäre ausgesetzt wird, wie wenn es zerbrochen wird, um a Steinwerkzeug wird mehr Wasser aufgenommen und die Rinde beginnt wieder zu wachsen. Diese neue Rinde ist sichtbar und kann unter starker Vergrößerung (40–80x) gemessen werden.

Prähistorische Rinden können von weniger als 1 Mikron (µm) bis mehr als 50 µm variieren, je nach Dauer der Exposition. Durch Messen der Dicke kann man leicht feststellen, ob ein bestimmtes Artefakt älter ist als ein anderes ( relatives Alter ). Wenn die Geschwindigkeit bekannt ist, mit der Wasser für diesen bestimmten Obsidianklumpen in das Glas diffundiert (das ist der schwierige Teil), können Sie OHD verwenden, um dies zu bestimmen absolutes Alter von Objekten. Die Beziehung ist entwaffnend einfach: Alter = DX2, wobei das Alter in Jahren, D eine Konstante und X die Dicke der Hydratationsrinde in Mikron ist.

Definition der Konstante

Obsidian, natürliches vulkanisches Glas mit Rinde, Montgomery Pass, Mineral County, Nevada. John Cancalosi/Oxford Scientific/Getty Images

Es ist fast sicher, dass jeder, der jemals Steinwerkzeuge hergestellt hat und Obsidian kannte und wusste, wo er zu finden ist, ihn 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 beginnt die Obsidianuhr zu zählen. Die Messung des Schwartewachstums 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 da oben) mindestens drei andere Faktoren kombinieren muss, von denen bekannt ist, dass sie die Geschwindigkeit des Schwartewachstums beeinflussen: Temperatur, Wasserdampfdruck und Glaschemie.

Die lokale Temperatur schwankt in jeder Region der Erde täglich, saisonal und über längere Zeiträume. Archäologen haben dies erkannt und begannen, ein Modell der effektiven Hydratationstemperatur (EHT) zu erstellen, 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 Gelehrte einen Tiefenkorrekturfaktor hinzu, um die Temperatur von vergrabenen Artefakten zu berücksichtigen, in der Annahme, dass die unterirdischen Bedingungen sich erheblich von denen an der Oberfläche unterscheiden – aber die Auswirkungen wurden noch nicht allzu genau erforscht.

Wasserdampf und Chemie

Die Auswirkungen von Schwankungen des Wasserdampfdrucks in dem Klima, in dem ein Obsidian-Artefakt 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 der lästig Anden Berge Südamerikas, wohin die Menschen ihre Obsidianartefakte hinüberbrachten enorme Höhenunterschiede , von den Küstenregionen auf Meereshöhe bis zu den 4.000 Meter (12.000 Fuß) hohen Bergen und höher.

Noch schwieriger zu erklären ist das Differential Glaschemie bei Obsidianen. Einige Obsidiane hydratisieren schneller als andere, selbst innerhalb der exakt gleichen Ablagerungsumgebung. Du kannst Quelle Obsidian (das heißt, identifizieren Sie den natürlichen Aufschluss, an dem ein Stück Obsidian gefunden wurde), und Sie können diese Variation korrigieren, indem Sie die Raten in der Quelle messen und diese verwenden, um quellenspezifische Hydratationskurven zu erstellen. Da die Wassermenge im Obsidian jedoch sogar innerhalb von Obsidianknollen aus einer einzigen Quelle variieren kann, kann dieser Inhalt die Altersschätzungen erheblich beeinflussen.

Wasserstrukturforschung

Die Methodik zur Anpassung der Kalibrierungen an die Klimavariabilität ist eine aufstrebende Technologie des 21. Jahrhunderts. Neue Methoden bewerten kritisch die Tiefenprofile von Wasserstoff auf den hydratisierten Oberflächen unter Verwendung von Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) oder Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie. Die innere Struktur des Wassergehalts im Obsidian wurde als stark 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 präziseren Messmethodik hat die Technik das Potenzial, die Zuverlässigkeit von OHD zu erhöhen und ein Fenster zur Bewertung der lokalen klimatischen Bedingungen, insbesondere der Paläotemperaturregime, bereitzustellen.

Obsidian Geschichte

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

Seit dieser Zeit wurden bedeutende Fortschritte bei den anerkannten Auswirkungen von Wasserdampf, Temperatur und Glaschemie erzielt, wobei ein Großteil der Variationen identifiziert und berücksichtigt, Techniken mit höherer Auflösung zur Messung der Rinde und zur Definition des Diffusionsprofils entwickelt und neue erfunden und verbessert wurden Modelle für EFH und Studien zum Diffusionsmechanismus. Trotz ihrer Einschränkungen sind Hydratationsdaten aus Obsidian weitaus günstiger als Radiokohlenstoff, und es ist heute in vielen Regionen der Welt eine Standard-Datierungspraxis.

Quellen

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