Arkeometri

Arkeometri adalah disiplin khusus dalam arkeologi di mana berbagai metode ilmiah analisis kimia dan fisik diterapkan pada bahan-bahan yang diturunkan secara arkeologis.

Oleh karena itu, arkeometri berpusat pada penelitian yang bertujuan untuk menjelaskan dan menguji pertanyaan arkeologis tentang benda-benda purbakala atau fenomena yang berkaitan dengan aktivitas budaya manusia. Penelitian mengukur atau mengkuantifikasi parameter menggunakan teknik analisis yang dipinjam dari ilmu bumi, kimia, biologi, dan disiplin ilmu lainnya.

Bidang arkeometri meliputi, misalnya, menentukan usia situs dan artefak, mencari objek ke lokasi asli bahan mentah, mengidentifikasi komponen dan proses yang terlibat dalam mengubah bahan tanah menjadi logam dan keramik, dan menentukan pola eksploitasi makanan.

Banyak teknik analisis telah diterapkan dalam penyelidikan ini dan beberapa yang umum dijelaskan secara singkat di bawah ini untuk menggambarkan keragaman teknik arkeometrik.

Penentuan Usia

Mungkin contoh pertama penggunaan metode arkeometrik adalah kesadaran bahwa lingkaran pertumbuhan tahunan pohon dapat digunakan untuk menentukan usia konstruksi rumah lubang prasejarah di barat daya Amerika Serikat menggunakan inti yang diambil dari balok kayu (Douglass 1936).

Lingkaran pohon juga ditunjukkan untuk menunjukkan variasi iklim dalam rentang waktu kehidupan pohon (Judd 1954).

Metode penanggalan pohon ini, atau dendrochronology, masih banyak digunakan untuk menentukan penanggalan situs-situs tempat tinggal di Amerika dan di Eropa. Penanggalan zat pembawa karbon yang terkait dengan endapan arkeologis telah merevolusi penentuan usia absolut dalam arkeologi. 

Penanggalan radiokarbon (Libby et al. 1949) telah digunakan untuk menempatkan penanda waktu pada periode penting aktivitas manusia dan perubahan iklim, dan sampai saat ini kepunahan hewan, misalnya mammoth berbulu dan harimau bertaring tajam (Ho et al. 1969 ).

Penyempurnaan metode dan pengembangan spektrometer massa akselerator (AMS) telah memungkinkan penanggalan jumlah mikrogram karbon (Nelson et al. 1977).

Misalnya, kasus terkenal melibatkan penanggalan radiokarbon AMS dari Kain Kafan Turin (Damon et al. 1989).

Sementara banyak orang percaya bahwa kain kafan itu melilit tubuh Kristus, potongan-potongan serat linennya diberi penanggalan secara independen oleh tiga laboratorium radiokarbon hingga akhir abad ketiga belas.

Para arkeolog juga telah dapat menentukan umur biji-bijian individu, resin lilin lebah (Nelson et al. 1995), kerokan arang dari lukisan gua Paleolitik (Valladas et al. 1992), dan seni cadas Australia yang terkubur (Watchman 1993).

Pigmen yang dilukis pada batu di Afrika Selatan adalah aplikasi pertama dari teknik radiokarbon AMS untuk penanggalan seni cadas (Van der Merwe et al. 1987). Metode inovatif sejak itu telah dikembangkan untuk mengekstraksi karbon dari lukisan.

Oksidasi senyawa karbon yang terkait dengan pigmen atau endapan mineral permukaan batuan menggunakan plasma oksigen (Russ et al. 1990), energi laser (Watchman et al. 1993), atau kimia permanganat (Gillespie 1997) dapat digunakan untuk menyiapkan sampel sebelum penanggalan radiokarbon AMS.

Seni cadas di Texas telah berumur antara 4.100 hingga 3.200 tahun yang lalu (Russ et al. 1990). Lukisan batu di Australia utara telah diberi penanggalan menggunakan karbon di permukaan batu bertatahkan ‘kanvas’ dan lapisan mineral (Watchman 1993) dan serat tumbuhan yang digunakan sebagai pengikat cat (Watchman dan Cole 1993).

Metode analisis menggunakan cahaya (luminescence) juga digunakan untuk menentukan umur sedimen di tempat penampungan pendudukan dan tembikar.

Dasar dari metode pendaran adalah bahwa radiasi alam menyediakan energi untuk struktur elektronik dari beberapa kristal, khususnya mineral kuarsa dan feldspar (Aitken 1985).

Butir yang dipanaskan (thermoluminescence) atau disinari dengan lampu hijau (optical luminescence) memancarkan sejumlah kecil cahaya yang mencerminkan tingkat radiasi dan lamanya waktu sejak mereka tergabung dalam sedimen atau pot.

Dalam kasus kontroversial, sedimen lantai yang mengandung artefak batu di Jinmium di Australia utara berumur 116.000 tahun menggunakan thermoluminescence (TL) dan butiran kuarsa (Fullagar et al. 1997).

Usia sedimen tersebut diperdebatkan oleh para pendukung metode pendaran terstimulasi optik (OSL) yang menemukan bahwa usia maksimum endapan hanya 10.000 tahun (Roberts et al. 1998).

Argumen tentang keandalan penentuan usia untuk sedimen pada dasarnya berkaitan dengan sampel massal versus analisis butiran tunggal, pemutihan tidak lengkap oleh sinar matahari dari pusat pendaran dalam butiran kuarsa yang dihasilkan oleh disintegrasi in situ dari fragmen batuan dibandingkan dengan butiran pasir yang diputihkan dengan baik.

Situasi dan pengukuran kontroversial ini menyoroti sifat kompleks dari banyak teknik arkeometrik, dan menunjukkan potensi hasil bermasalah yang diperoleh dari aplikasi di mana kondisi eksperimen tidak diketahui dengan baik.

Mengidentifikasi Sumber dari Artefaks

Menentukan karakteristik bahan mentah yang diperoleh dari tambang dan mengenali atribut yang sama dalam objek arkeologi memungkinkan seorang arkeolog untuk menggambarkan rute perdagangan dan interaksi antara kelompok orang.

Teknik arkeologi yang paling sederhana adalah dengan melihat material bumi menggunakan mikroskop.

Analisis petrologi semacam itu dapat digunakan, misalnya, untuk mengidentifikasi jenis batuan yang dipilih untuk produksi kapak tepi-tanah prasejarah yang dipoles.

Tekstur dan susunan mineral dalam peralatan batu dapat dibandingkan dengan fitur serupa pada batuan di lokasi tambang yang diketahui.

Metode ini digunakan untuk menunjukkan pola perdagangan prasejarah yang kompleks di Australia tenggara.

Hornfels yang keras dan berbutir halus dari tambang Gunung William diperdagangkan melintasi ratusan kilometer (McBryde 1984).

Demikian pula, jaringan dan batas-batas komunikasi Neolitik didefinisikan di Inggris berdasarkan analisis petrologis dari kapak tangan tepi-tanah (Cummins 1980).

Partikel subatomik juga dapat digunakan untuk memberikan informasi geokimia tentang batuan dan mineral untuk mendukung informasi petrologi dan gaya tentang artefak. 

Misalnya, dalam analisis artefak emisi sinar-X yang diinduksi proton (PIXE), proton berenergi tinggi digunakan untuk menginduksi eksitasi sinar-X dari berbagai elemen.P

engukuran kelimpahan beberapa elemen jejak dalam artefak, bahan limbah, dan sumber yang diketahui dapat membedakan antara tambang dan dapat mengalokasikan artefak ke endapan individu.

Contoh metode arkeometrik ini adalah karakterisasi artefak dan sumber obsidian untuk penyelidikan produksi, perdagangan, dan pola konsumsi sumber daya alam tersebut di Melanesia.

Analisis sistematis deposit obsidian dan serpihan yang digali di Inggris Baru telah menunjukkan bahwa dua eksposur dan mungkin situs ketiga memasok sebagian besar obsidian untuk digunakan sebagai perkakas batu selama lebih dari 11.000 tahun (Summerhayes et al. 1993).

Teknik analisis lain yang menggunakan partikel subatomik adalah aktivasi neutron. Neutron energik, seperti proton di PIXE, memungkinkan pengukuran kelimpahan unsur dalam artefak. Analisis aktivasi neutron (NAA) telah digunakan untuk sumber obsidian Neolitik Akhir dan Zaman Perunggu Awal di Makedonia (Kilikoglou et al. 1996).

Sumber lebih dari 300 kilometer utara dan selatan situs arkeologi di Mandalo terbukti telah menyediakan obsidian mentah untuk digunakan sebagai artefak. Analisis aktivasi neutron juga telah digunakan untuk mengkarakterisasi sumber steatit (batu sabun) di Amerika Utara bagian timur (Truncer et al. 1998).

Jumlah batuan yang relatif kecil dapat dianalisis menggunakan metode NAA untuk menghasilkan sinar gamma dari banyak elemen, yang diukur selama empat minggu.

Berbagai elemen jejak dan utama, serta elemen tanah jarang dapat diukur setelah iradiasi panjang tunggal dalam fluks neutron dari reaktor.

Analisis statistik dari sejumlah besar pengukuran analitik memudahkan beban pembedaan antara bahan tambang, dan memungkinkan identifikasi atau ‘sidik jari’ elemen yang menjadi ciri khas setiap tambang.

Karakteristik kimia dan mineralogi oker Australia telah ditentukan untuk membedakan antara berbagai sumber dan untuk mengkonfirmasi catatan etnografi perdagangan jarak jauh.

Analisis PIXE telah digunakan untuk mengkarakterisasi sumber oker di Australia tengah, dengan implikasi untuk menentukan jaringan perdagangan dan, menggambarkan batas antara populasi Aborigin (Smith et al. 1998).

Fluoresensi sinar-X juga menyediakan analisis elemen utama dan jejak, dan difraksi sinar-X Rietveld telah mengidentifikasi fase mineral utama untuk setiap sumber oker yang diketahui di Australia selatan (Jercher et al. 1998).

Oker yang dioleskan pada tulang dan benda telah dilacak ke sumber potensial dalam area yang ditentukan secara geologis.

Tingkat variabilitas alami yang tinggi dalam komposisi oker membuat studi sumber tersebut menjadi sangat menantang, sedemikian rupa sehingga mungkin lebih mudah untuk mengecualikan lokasi tertentu daripada mengidentifikasi sumber tertentu.

Analisis kimia dari bahan lain juga dapat digunakan oleh arkeometris untuk memberikan informasi yang berguna bagi arkeolog.

Misalnya, bahan-bahan kecil dalam gelas, terutama adanya timbal, dapat digunakan untuk menunjukkan kemungkinan sumber produksi gelas dan keberadaan jaringan perdagangan.

Kaca gerejawi yang ditemukan di Koroinen, Finlandia menggambarkan bagaimana alat-alat arkeometri memberikan wawasan ke dalam proses manufaktur dan perdagangan abad pertengahan.

Sinar yang dihasilkan dari elektron terfokus dalam mikroskop pemindaian dan berkas proton diarahkan ke pecahan kaca kecil, komposisi kimia rata-rata kacamata Finlandia. ditemukan sangat mirip dengan kacamata Eropa barat laut. 

Kelimpahan unsur-unsur kecil, terutama timbal, natrium, dan kalsium, dalam gelas Finlandia abad pertengahan tidak sesuai dengan kemungkinan sumber Rusia, tetapi cocok dengan gelas Jerman dan Eropa selatan. indikasi adalah bahwa pembuatan kaca tidak dipraktekkan di Finlandia pada waktu itu, tetapi persediaan kaca berwarna untuk biara-biara Finlandia bergantung pada hubungan perdagangan dengan Eropa Barat dan Tengah.

Metalurgi

Tidak seperti studi sumber geokimia lainnya yang mengandalkan penemuan variasi arkeologi yang signifikan dalam komposisi elemen jejak intrinsik antara sumber yang berbeda, studi tentang pengolahan logam jauh lebih menantang bagi seorang arkeometris.

Konsentrasi elemen jejak bervariasi antara bijih dan logam olahan, dan komplikasi muncul karena pengenalan fluks dan komponen tahan api.

Analisis isotop timbal, di sisi lain, memberikan cara alternatif untuk sumber artefak paduan atau timbal karena proporsi relatif isotop dari bijih ke artefak tidak terpengaruh secara terukur oleh proses kimia dan pirometalurgi (Srinivasan 1999).

Misalnya, spektrometri massa ionisasi termal menghasilkan rasio isotop timbal (Pb / dan Pb / ) yang digunakan untuk membedakan antara endapan bijih timah India yang diketahui dan artefak yang dibuat darinya.

Pencocokan artefak untuk deposit bijih tertentu menggunakan rasio isotop menyelesaikan masalah kronologis kontroversial berdasarkan kriteria seni-sejarah.

Bijih timah India Barat daripada sumber lokal ditemukan telah digunakan untuk kuningan di India utara selama periode pra-pertengahan, dan juga dalam timah dan kuningan di India selatan selama periode abad pertengahan.

Daur ulang bahan juga diamati dalam koin India di mana analisis isotop timbal dari perunggu kemudian sesuai dengan tren yang ditetapkan untuk pengelompokan sebelumnya.

Keramik

Studi geokimia tembikar dan porselen berfokus terutama pada pengelompokan benda atau pecahan lengkap menjadi produk yang dibuat secara lokal atau impor (lihat Keramik dalam Arkeologi).

Ini telah dilakukan untuk membangun atau mengkonfirmasi dugaan hubungan budaya dan asosiasi perdagangan antara kelompok orang.

Analisis dasar pecahan tembikar biasanya mencakup penentuan komposisi mineralogi tanah liat dan temper untuk mengetahui bahan spesifik apa yang digunakan dan di mana pot dibuat.

Ini dilakukan dengan menggunakan petrografi dan pemindaian mikroskop elektron. Analisis geokimia yang lebih rinci dapat mencakup penggunaan spektroskopi emisi plasma yang digabungkan secara induktif, NAA, PIXE, atau emisi sinar gamma.

Contoh dari salah satu teknik ini adalah konfirmasi dari tingkat produksi lokal fineware antara abad ketujuh dan kedua SM di sebuah desa di pantai Calabria, Italia (Mirti et al. 1995).

Seringkali, pola khas kelimpahan unsur tidak terlihat jelas dalam jumlah besar data geokimia yang dikumpulkan.

Statistik multivariat diperlukan untuk memisahkan kelompok pot yang berbeda, seperti dalam kasus tembikar Samian Romawi (Argyropoulos 1995).

Paleodiet

Adaptasi oleh orang-orang terhadap lingkungan yang berubah dan transisi dalam masyarakat prasejarah dari berburu dan meramu ke subsisten pertanian adalah tema topikal dalam arkeologi. Perubahan ini dapat dipahami dengan lebih baik melalui pengukuran isotop karbon (* C) dan nitrogen (* N) stabil yang diperoleh dari bahan kerangka, dan tumbuhan dan hewan yang dapat dimakan (DeNiro dan Epstein 1978, 1981).

Isotop karbon stabil pertama kali digunakan untuk mempelajari introduksi jagung ke timur laut Amerika Utara (Vogel dan Van der Merwe 1977).

Penggunaannya didasarkan pada pengamatan bahwa kelompok tumbuhan yang berbeda sangat berbeda dalam komposisi isotopnya, dan oleh karena itu hewan yang hidup terutama pada tumbuhan tertentu akan memiliki tulang dengan komposisi yang cocok.

Misalnya, studi tentang paleodiet orang-orang yang menghuni Ontario selatan, Kanada (Katzenberg et al. 1995) dan pesisir New England, AS (Little dan Schoeninger 1995) telah menunjukkan ketergantungan pada protein hewani daripada pada jagung atau kacang-kacangan selama periode Hutan Akhir.

Contoh penerapan berbagai teknik analisis ini mengungkapkan bagaimana arkeometri memainkan peran penting dalam arkeologi.

Metode arkeometrik tidak digunakan secara terpisah, tetapi melengkapi serangkaian pengamatan arkeologis lainnya yang membangun gambaran masa lalu yang lebih lengkap. Oleh karena itu, arkeometri menyediakan berbagai alat yang memungkinkan para arkeolog memahami peninggalan manusia di masa lalu dengan lebih baik.