Obsidianhydratation - Eine kostengünstige, aber problematische Datierungstechnik

Obsidian Hydratation aus (oder OHD) ist eine wissenschaftliche Datierungstechnik, die das Verständnis der geochemischen Natur des vulkanischen Glases (eines Silikats) verwendet, das als Obsidian bezeichnet wird, um sowohl relative als auch absolute Daten zu Artefakten bereitzustellen. Obsidian tritt auf der ganzen Welt aus und wurde bevorzugt von Steinwerkzeugherstellern verwendet, da es sehr einfach zu bearbeiten ist, im Bruchfall sehr scharf ist und in einer Vielzahl von lebendigen 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. 
• Die Methode basiert 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 Wachstum der Schwarte von drei Faktoren abhängt: Umgebungstemperatur, Wasserdampfdruck und die Chemie des Vulkanglases. 
• Die jüngsten Verbesserungen der Messung und der analytischen 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 Rinde, die durch die Diffusion des Wassers in die Atmosphäre beim ersten Abkühlen gebildet wird - der technische Begriff ist "hydratisierte Schicht". Wenn eine frische Oberfläche von Obsidian der Atmosphäre ausgesetzt wird, wie wenn er zerbrochen wird, um ein Steinwerkzeug herzustellen, wird mehr Wasser absorbiert und die Schwarte beginnt wieder zu wachsen. Diese neue Schwarte ist sichtbar und kann unter starker Vergrößerung (40-80x) gemessen werden.

Prähistorische Schwarten können je nach Belichtungsdauer zwischen weniger als 1 Mikrometer (µm) und mehr als 50 µm variieren. Durch Messen der Dicke kann man leicht feststellen, 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 mit OHD das absolute Alter von Objekten 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.

Die Konstante definieren

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

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

Das Problem ist, dass die Konstante (das schleichende 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 einen längeren Zeitraum 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 Flüssigkeitszufuhr als Funktion der Jahresmitteltemperatur, des Jahrestemperaturbereichs und des Tagestemperaturbereichs zu verfolgen und zu berücksichtigen. Gelegentlich fügen Wissenschaftler einen Tiefenkorrekturfaktor hinzu, um die Temperatur von vergrabenen Artefakten zu berücksichtigen, vorausgesetzt, die Untergrundbedingungen unterscheiden sich erheblich von denen auf der Oberfläche. Die Auswirkungen wurden jedoch noch nicht ausreichend erforscht.

Wasserdampf und Chemie

Die Auswirkungen der Änderung 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 von den Küstenregionen auf Meereshöhe bis zu den 4.000 Meter hohen Bergen und höher brachten.

Noch schwieriger zu erklären ist die differentielle Glaschemie bei Obsidianern. Einige Obsidiane hydratisieren schneller als andere, sogar in genau derselben Ablagerungsumgebung. Sie können Obsidian als Quelle verwenden (d. H. Den natürlichen Aufschluss identifizieren, auf dem ein Stück Obsidian gefunden wurde). Sie können diese Abweichung dann korrigieren, indem Sie die Raten in der Quelle messen und daraus quellenspezifische Hydrationskurven erstellen. Da die Wassermenge im Obsidian jedoch auch innerhalb von Obsidian-Knötchen aus einer einzigen Quelle variieren kann, kann dieser Inhalt die Altersschätzung erheblich beeinflussen.

Wasserstrukturforschung

Die Methode zur Anpassung der Kalibrierungen an die Klimavariabilität ist eine aufstrebende Technologie des 21. Jahrhunderts. Neue Methoden bewerten die Tiefenprofile von Wasserstoff auf den hydratisierten Oberflächen kritisch mithilfe der Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) oder der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie. Die interne Struktur des Wassergehalts in 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 genaueren Messmethode bietet die Technik das Potenzial, die Zuverlässigkeit von OHD zu erhöhen und einen Einblick in die Bewertung lokaler klimatischer Bedingungen, insbesondere von Paläotemperaturen, zu erhalten. 

Obsidian Geschichte

Obsidians messbare Wachstumsrate der Rinde ist seit den 1960er Jahren bekannt. Im Jahr 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 Variationen identifiziert und berücksichtigt, Techniken mit höherer Auflösung zum Messen der Schwarte und Definieren des Diffusionsprofils entwickelt und neue Verfahren erfunden und verbessert wurden Modelle für EFH und Studien zum Diffusionsmechanismus. Trotz seiner Einschränkungen sind Obsidian-Trinkdaten weitaus günstiger als Radiokohlenwasserstoffe und heutzutage in vielen Regionen der Welt eine Standard-Datierungsmethode.

Quellen

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