A régészet fizikája és kémiája

A régészet az egyik legösszetettebb tudomány. A korszerű technika számtalan eszközét alkalmazza a múltbéli maradványok keresése, feltárása, elemzése, korának és eredetének meghatározása során.
Ebben a részben összegyűjtöttem a lexikonomban egyébként is megtalálható információk régészeti vonatkozásait, régészeti alkalmazásait.
Ez azonban szinte csak ízelítőnek tekinthető, hiszen számtalan egyéb (fizikai és kémiai) módszert alkalmaz még a régészet.

A keresés módszerei

Az "idők vasfoga" (korrózió, erózió, emberi és természeti pusztítások) eltüntetik a nyomokat.
A leletek megtalálásához alkalmazott fontosabb módszerek a következők:

Felvételek készítése repülőgépekről vagy műholdakról

Látható tartományban készült, hamis színes, és infra fotó felszín alatti romokról.

A légi fotókon kirajzolódnak a felszínen egyébként nem látható épület, sír vagy egyéb maradványok.

A légi felvételeken akkor rajzolódnak ki legjobban a felszín alatti formák, ha pl. gabona található a területen.
Ha pl. kőfal maradványok találhatók kis mélységben, akkor fölötte a rosszabb vízellátás miatt kisebbek lesznek a növények. Ha viszont egy betemetett árok található, ott a korábban "megbolygatott", lazább talaj miatt magasabbra nőnek a növények.

A kora reggeli vagy késő esti órákban készült felvételeken jól kirajzolódnak az egykori falak fölötti töltések illetve gödrök fölötti mélyedések.
Ezek általában a talajról is láthatók, de a légi felvételeken nagyobb területen, átfogóan szemlélhetők.

A frissen szántott talajban jól látszanak a színelváltozások, ha pl. egy mélyebb árok fölött nedvesebb, vagy mélyebb rétegből, esetleg máshonnan származó talaj kerül a felszínre.
Az ekék kifordíthatnak építőköveket, vagy egyéb tárgyakat is.

A talaj vezetőképességének mérése

A felszínről nem látható maradványok feltárásában segít a konduktometria is. Ez a talajban lévő vizes oldatok (elektrolitok) vezetőképességét méri.

A talajban található falmaradványok fölött kisebb a talaj nedvességtartalma - ezáltal kisebb a vezetőképessége.
A korábban kiásott gödrök árkok fölött viszont, éppen ellenkezőleg, nagyobb a talaj nedvességtartalma - ezáltal nagyobb a vezetőképessége is.

Több helyen elvégzett méréssel feltérképezhető az adott területen a mélyben elhelyezkedő maradványok helyzete.

A talaj helyi mágnességének mérése

A konduktometriához hasonlóan alkalmazható magnetométer is a talaj mélyebb rétegeiben található maradványok felkutatására.

A Föld mágneses terét helyileg befolyásolhatják a talajban található maradványok.
Pl. vastárgyak, cserépégető kemencék maradványai növelik a helyi mágneses tér értékeket a bennük található mágnesezhető ásványok miatt.
A kőfalak maradványai viszont nem tartalmaznak ilyen ásványokat ezért csökkentik a helyi mágneses mező nagyságát.

Több helyen elvégzett magnetométeres méréssel is feltérképezhetők az adott területen a mélyben elhelyezkedő - mágneses teret befolyásoló - maradványok.

Földradar használata

A "hagyományos radarhoz" hasonlóan rádióhullámok segítségével végzett kutatási módszer.

Régészeti vizsgálatok esetén 500 MHz - 2 GHz frekvencia alkalmazásával 1–2 m-es műtárgyak észlelhetők kis mélységben a földradarraL.
Használata roncsolásmentes módszer.

Nagy előnye, hogy nagy területek vizsgálhatók át hagyományos ásatások nélkül.

Ultrahang alkalmazása

Ultrahangos méréseket elsősorban a vízben elhelyezkedő maradványok feltárásához alkalmaznak. A mérés a szonda által kibocsátott, a hallhatónál jóval nagyobb rezgésszámú ultrahangjelek visszaverődését használja leképezésre.

A nagyobb baloldali ábra az ultrahangos (szonár) mérés elvét mutatja be.
A jobboldali, kisebb képen egy Kanada partjainál talált hajóroncs ultrahangos képe látható.

A feltárás során alkalmazott módszerek

Miután megtaláltak valamit, a fentebb említett módszerekkel, esetleg más módon (akár véletlenül) azt a fel kell tárni, felszínre kell hozni, dokumentálni kell, alkalmassá kell tenni szállításra, stb.
Nézzünk néhányat a feltárás során alkalmazott módszerek közül:

Földmérési módszerek alkalmazása

A kiválasztott terepet az ásatások megkezdése előtt, a feltárás alatt és sokszor utána is fel kell térképezni.
Ehhez "hagyományos" geodéziai módszereket alkalmaznak, vagyis távolságokat, irányokat, szögeket mérnek teodolittal (a képen egy korszerű változat).

Ezzel a módszerrel pontos képet nyernek a helyszín méretéről, a felszín formájáról.
Pontos térképet készíthetnek a feltárandó területről.

Az M7-es autópálya nyomvonalának egyik részén végzett régészeti feltárásokról készült térkép.

Fényképezés alkalmazása

A fényképezés a feltárás során, a dokumentálásban is lényeges szerepet kap.
Az ásatás egyes részeiről készült fényképeket csatolják a metszeti és alaprajzokhoz, a későbbi ellenőrzéshez.
A helyszínről és a leletekről készült fotók a tudományos beszámolókhoz szükségesek.
Különböző illusztrációs célokra szintén készülnek felvételek.

Konzerválás

Amikor hosszú időn át a talajban megőrzött leletek a felszínre kerülnek azonnal ki vannak téve a környezeti hatásoknak.

Az első feladat a leletek konzerválása, meg kell védeni az anyagot a további romlástól, hiszen a tárgyakon az idő nyomot hagyott, a fémek korrodálódtak, patina, rozsda vagy más réteg lepte el őket. A cserepeket vastag sóréteg, lerakódás borítja.

Feltárt, erősen korrodálódott lándzsahegyek.

Elsőnek az anyagot megtisztítják, majd különféle eljárásokkal megvédik a további romlástól. Ez az úgynevezett konzerválás nemcsak a feltárás után szükséges, hanem gyakran az ásatáson is, ha olyan lelet kerül elő, ami azonnali segítségre szorul.
Sokszor kell valamilyen eljárást alkalmazni már a feltárás során, hogy a leletek további sérülés nélkül kiemelhetők legyenek.

A leletek elemzéséhez, megőrzéséhez alkalmazott módszerek

A feltárt és esetleg előzetesen konzervált leletek további vizsgálatához számtalan korszerű eljárást alkalmaznak. Ezek nagy részét nem kifejezetten régészeti célokra fejlesztették ki, de arra is kiválóan alkalmazhatók.
Mielőtt további vizsgálatokat végezhetnének, általában megfelelő tisztításra és konzerválásra kerül sor, ezúttal már laboratóriumi körülmények között.

Konzerválás

Fentebb már említettem a konzerválást a feltárás kapcsán, most nézzünk néhány konkrét módszert.

Olyan szerves eredetű anyagokat (pl. bőr, fa), amelyek hosszú ideig vízben álltak, megfelelő kezelés nélkül nem szabad hagyni kiszáradni. Vízben vagy vízzáró műanyag fóliában kell tárolni a kezelésig, hogy nedvességük megmaradjon, levegőtől elzártan.
Konzerválásukhoz gyakran alkalmaznak polietilén-glikolt (PEG). Ez egy olyan folyékony, viaszszerű anyag, amely lassan kiszorítja a vizet (lásd az ábrát), majd megszilárdul, megerősítve a kezelt tárgyat.

Átnedvesedett faanyagok konzerválására gyakran alkalmazott módszer a fagyasztva szárítás (liofilizálás) is.
A módszer elve látható az ábrán.
A kezelendő tárgyat fagypont alá hűtik, majd vákuumkamrában tartják, ahol hosszú ideig (több hétig) tartó kezelés során kiszivattyúzzák a keletkező vízgőzt.

A fémtárgyak egy része erősen károsodott (korrodálódott), amikor megtalálják (oxid-, szulfid- vagy egyéb réteg borítja felületüket).
Konzerválásuk függ az adott fém (vagy ötvözet) kémiai tulajdonságaitól.

Az alábbi példa egy ezüst tárgy konzerválását mutatja be:

A megtalált tárgy felszínét fekete oxidréteg borította	A tisztítás során apró szemcséket fuvatnak rá pneumatikusan, a port pedig eltávolítják a zárt dobozból	Megtisztítása után vékony, átlátszó műgyanta réteggel vonják be, ami megóvja a további korróziótól

Erősen korrodálódott (rozsdás) vastárgyak "rendbetételére" alkalmaznak olyan eljárást is, melynek során a tárgyat 850°C-os hőmérsékletű kemencében hidrogéngázzal kezelik. Ekkor a rozsda vassá redukálódik.
Egyesek szerint azonban ezzel károsan megváltozik a vas szerkezete.

Mikroszkóp alkalmazása

A mikroszkópokat számos helyen alkalmazzák a régészetben a pédákban említett és egyéb célokra.
- Az agyagban található ásványszemcsék mikroszkópos (és egyéb) vizsgálata lehetővé teszi az agyag származási helyének meghatározását.
- Vizsgálhatók vele a maradványokban található pollenek is, amiből következtetni lehet elődeink táplálkozási szokásaira.

Röntgensugárzás alkalmazása

Röntgensugarakat, röntgenkészülékeket is alkalmaz a régészet különböző célokra.
Lássunk példákat ezekre is.

Egy megtalált fémtárgy felszínét vastag, fekete oxidréteg borította	Röntgensugár alkalmazásával láthatóvá tették a szennyeződés alatti mintázatot.

Múmiák "roncsolásmentes" vizsgálatánál is alkalmaznak röntgen vizsgálatot, illetve CT-t.

A képen egy múmiáról készült röntgenfelvétel látható.

Analitikai eljárások alkalmazása

A leletek azonosítására számos analitikai módszert alkalmaznak.
Az egyes tárgyak anyagának vagyi összetétele alapján következtetni lehet arra, hogy honnan származik.

Eléggé elterjedt az egyes anyagok kis mennyiségű összetevőinek vizsgálatára a neutronaktiválási analízis (NAA).
Ennek elve a következő:

A tárgyat neutronokkal sugározzá be	A tárgyban lévő elemek atommagjai gerjesztett állapotba kerülnek	A keletkező gamma-sugárzás energiája alapján összetétele meghatározható

A kormeghatározás módszerei

A kormeghatározás a leletek elemzésének talán legfontosabb része, ezért érdemes külön foglalkozni ezekkel a módszerekkel.
A leletek kora bizonyos esetekben meghatározható írásos dokumentumok illetve fák évgyűrűi segítségével is.

Nézzük meg kicsit részletesebben a lexikonom témaköreibe illeszkedő módszereket:

Mágneses kormeghatározás

Ez a módszer a Föld mágneses terének változásán alapszik, amit az egyes helyeken más módszerekkel már meghatároztak.
Égetett cserép illetve agyagok kormeghatározására használható kb. 10.000 éves időszakban.

A módszer elvét az alábbi ábra szemlélteti.

A legtöbb agyagban vannak mágnesezhető vegyületek, pl. vasoxidok.
Kiégetéskor ezek a Föld (akkori) mágneses irányának megfelelően rendeződnek.
Ha ismert, hogy az adott korban milyen volt a terület mágnes terének iránya, meghatározható az agyag kora.

Radiokarbon (C14) kormeghatározás

Radiometriai módszer szerves anyagok korának meghatározására.
A legfeljebb 50-60.000 éves szerves eredetű anyagok korának meghatárására alkalmas.
A módszer alapja, hogy az instabil 14-es tömegszámú szén (C14) atomok (radiokarbon) folyamatosan keletkeznek a felső légkörben a nitrogénatomokból a kozmikus sugárzás neutronjai hatására.
A keletkezett szén gyorsan szén-dioxiddá oxidálódik és bekerül a szénkörforgásba a fotoszintézisen és a táplálékláncon keresztül.
Aránya mindaddíg állandó az élőlényekben, amíg anyagcserét folytatnak (vagyis amíg élnek). Haláluk után a C14 mennyiség és vele együtt a sugárzás intenzitása kb. 5600 éves felezési idővel csökkenni kezd. (Vagyis kb. 5600 év alatt felére, újabb 5600 év alatt negyedére csökken, stb.)

A radiokarbon kormeghatározás elvét az alábbi ábra szemlélteti:

Az izotóp bomlási folyamatának szemléltetése az Érdekességeknél "A sugárzásról - érthetőbben" cím alatt látható.

A C14 aránya a természetben 0.00000000010%, vagyis egy C14 atom jut minden 1.000.000.000.000 C12 atomra az élő anyagban.

A módszer pontosságát ismert korú szerves mintákkal tesztelték. Például olyan fák maradványaival, amelyeket egyéb ismert korú régészeti mintákkal együtt találtak.

Termolumineszcenciás kormeghatározás

Régi agyagedények korának meghatározására alkalmazott módszer. Körülbelül 60.000 éves időszakban használható.
Azon alapszik, hogy az anyag kristályrácsába "befagyasztott" gerjesztett elektronok melegítés (400 °C fölött) hatására felszabadulnak, és energiájukat lumineszcens sugárzás alakjában adják le.

Az alábbi ábrák bemutatják a termolumineszcenciás kormeghatározás elvét:

A cserépedényeket nagyon magas hőmérsékleten égetik ki, eközben felszabadul a bent rekedt energia.	Az égetés után a radioaktív izotópok bomlásából származó energia az edény anyagában marad, idővel felhalmozódik.	Amikor a vizsgálat során felhevítik, a bent rekedt energia fény formájában felszabadul. Ennek mértéke az égetés idejére utal.

Hasadásos nyomelemzéses kormeghatározás

Radiometriai módszer, amely elsősorban ásványok illetve üveg kormeghatározására alkalmazható akár 1 milliárd éves időszakban.
A módszer elve, hogy az instabil izotópok (elsősorban az urán 238) spontán bomlása mikroszkopikus károsodási nyomokat okoz az ásványokban.

Muszkovitban észlelt hasadásos nyomok.

Az urán 238-as izotópjának ismert felezési ideje (4,51 milliárd év) és az adott anyag urántartalmának ismeretében meghatározható kora.

Alkalmazzák különböző üvegtárgyak vagy pl. kőkorszaki obszidián eszközök kormeghatározására.

Kálium-argon kormeghatározás

Sugárzásmérési módszer a százezer évesnél régebbi kőzetek korának meghatározására.
Azon alapszik, hogy a kálium 40-es tömegszámú radioaktív izotópja ismert felezési idő alatt alakul át az argon 40-es tömegszámú izotópjává. A megolvadó kőzetből az argon elillan. Így a kőzetben fellelhető két izotóp mennyiségéből következtetni lehet a kőzet korára.

Döntőnek bizonyult a Kelet-afrikai Rift-völgyben Olduvai, Laetoli, Hadar és Koobi Fora helyeken feltárt ősi emberi maradványok korának meghatározásakor.

Felhasznált irodalom