Καθηγητή Παναγιώτη Μισαηλίδη

Transcript

1 Καθηγητή Παναγιώτη Μισαηλίδη Ο αρχαιολόγος του 18ου και του 19ου αιώνα ενεργούσε περισσότερο ως τυμβωρύχος ενδιαφερόμενος για την αποκάλυψη πολύτιμων και αισθητικά όμορφων ευρημάτων. Η μελέτη, που ακολουθούσε βασιζόταν τις περισσότερες φορές σε συγκριτική εξέταση. Η σύγχρονη όμως αρχαιολογία έχει ευρύτερους στόχους, όπως η μελέτη της ιστορικής, πολιτισμικής, οικονομικής, πνευματικής και τεχνολογικής ανάπτυξης των αρχαίων κοινωνιών. Για έναν σύγχρονο αρχαιολόγο ένα θραύσμα κεραμικού ή ξύλου είναι εξίσου ή ακόμη και περισσότερο πολύτιμο από ένα χρυσό κόσμημα ή ένα αγγείο. Ο σύγχρονος αρχαιολόγος έχει ή χρειάζεται να έχει, ως συνεργάτες του, παρ? όλον ότι τους κοιτάζει ακόμη με κάποια επιφυλακτικότητα ως «μη ειδικούς» τους φυσικούς επιστήμονες, οι οποίοι διαθέτουν τις τεχνικές (που αναπτύχθηκαν τις περισσότερες φορές για άλλους σκοπούς), τις υπολογιστικές δυνατότητες και το διαφορετικό τρόπο σκέψης για την αντιμετώπιση των προβλημάτων. Έτσι, η συμβολή των φυσικών επιστημών τόσο στην αρχαιολογία και την ιστορία όσο και στον έλεγχο της αυθεντικότητας και τη συντήρηση των αρχαιοτήτων και 1 / 5

2 των έργών τέχνης είναι ουσιαστική και αναπόφευκτη. Η χρονολόγηση Μέχρι πριν 40 περίπου χρόνια οι αρχαιολόγοι βασιζόταν για τον υπολογισμό της ηλικίας ενός ευρήματος σε τυπολογικές συγκρίσεις και σε γραπτά κείμενα (π.χ. επιγραφές τάφων, λίστες ιερέων και κρατικών αξιωματούχων, χρονικά, αστρονομικές παρατηρήσεις). Αυτά κείμενα είναι πολλές φορές δύσκολα να ερμηνευθούν γιατί οι συγγραφείς δεν είχαν ως κύριο στόχο την καταγραφή ιστορικών δεδομένων. Πολλά άλλωστε ευρήματα προέρχονται από εποχές πριν την ανακάλυψη της γραφής. Αυτά τα προβλήματα χρονολόγησης έλυσε η επαναστατική μέθοδος του άνθρακα-14, που προτάθηκε από τον αμερικανό επιστήμονα Willard Libby το Για την ανακάλυψη αυτή, που επιτρέπει τη χρονολόγηση δειγμάτων ηλικίας μέχρι περίπου ετών, τιμήθηκε ο Libby με το βραβείο Nobel το 1960 [1]. Η γη εκτίθεται συνεχώς σ' έναν καταιγισμό από σωματίδια υψηλής ενέργειας (κυρίως πρωτόνια), που προέρχονται από το διάστημα - την κοσμική ακτινοβολία. Τα σωματίδια αυτά συγκρουόμενα με μεγάλη ταχύτητα με τα συστατικά της ατμόσφαιρας δημιουργούν, μέσω πυρηνικών αντιδράσεων, νετρόνια και μία σειρά άλλων δευτερογενών σωματιδίων. Τα νετρόνια αυτά αλληλεπιδρώντας με το άζωτο της ατμόσφαιρας σχηματίζουν το ραδιενεργό ισότοπο του άνθρακα, άνθρακα-14. Ο άνθρακας-14, του οποίου η ποσότητα υποδιπλασιάζεται σε 5730 χρόνια εκπέμποντας ακτινοβολία - β, έχει τις ίδιες χημικές ιδιότητες με το γνωστό μας σταθερό άνθρακα (άνθρακα-12), εισέρχεται σ' όλους τους χημικούς και βιοχημικούς κύκλους και ενσωματώνεται σε κάθε είδος ζώντος οργανισμού με σταθερή αναλογία C-14:C-12 ίση μ αυτή που υπάρχει και στην ατμόσφαιρα [1, 2]. Όταν ο οργανισμός σταματήσει να ζεί τότε δεν προσλαμβάνει πλέον άλλον άνθρακα και η στιγμή του θανάτου του ξεκινά ένα «χρονόμετρο». Έτσι, το παρόν γίνεται ένα κλειδί της πόρτας του παρελθόντος. Η μέτρηση της συγκέντρωσης του άνθρακα-14 γίνεται, μετά από καύση μικρής ποσότητας δείγματος, είτε με μέτρηση της ακτινοβολίας-β, που εκπέμπει ή, με ακόμη μεγαλύτερη 2 / 5

3 ακρίβεια, χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία μαζών σε επιταχυντές σωματιδίων. Η τεχνική αυτή ονομάζεται Accelerator Mass Spectrometry (A.M.S.) [3,4]. Με την τεχνική αυτή τα άτομα των επιμέρους ισοτόπων ενός στοιχείου διαχωρίζονται, σ? ένα μαγνητικό πεδίο, ανάλογα με τη μάζα τους και μπορούν να μετρηθούν μεμονωμένα χρησιμοποιώντας τις υπερευαίσθητες μετρητικές τεχνικές της πυρηνικής φυσικής. Ένα κλασικό παράδειγμα τέτοιων μετρήσεων είναι η χρονολόγηση της περίφημης σινδόνης του Τορίνο (Shroud of Turin), του «υποτιθέμενου» νεκρικού σαβάνου του Χριστού. Η σινδόνη αυτή πρωτοεμφανίσθηκε το 1350 στη Lirey της Γαλλίας και κατέληξε το 1578 στο Τορίνο, όπου εκτίθεται από το 1694 στο βασιλικό παρεκκλίσιο του καθεδρικού ναού. Η σινδόνη αποτελείται από ένα κομμάτι ύφασμα που φέρει την εμπρόσθια και οπίσθια αποτύπωση ενός άνδρα, που υπέστη μαστίγωμα και σταύρωση. Μετά από ορισμένα μεμονωμένες εξετάσεις, το 1978 ξεκίνησε το Shroud of Turin Research Project στο οποίο χρησιμοποιήθηκαν οι πλέον σύγχρονες μετρητικές και φασματοσκοπικές τεχνικές. Οι μετρήσεις με Α.Μ.S. άρχισαν το 1983 παράλληλα στα Πανεπιστήμια της Αριζόνας, Οξφόρδης και Ζυρίχης χρησιμοποιώντας 50 mg δείγματος. Συγχρόνως, τα εργαστήρια, που συμμετείχαν στη μελέτη, έλαβαν τρία, άγνωστα γι' αυτά, προχρονολογημένα δείγματα για τον έλεγχο της αξιοπιστίας της μέτρησης: ένα κομμάτι νουβιακού λινού υφάσματος του 11ο-12ο μ.χ. αιώνα, λινό ύφασμα από τη μούμια της Κλεοπάτρας των Θηβών από τον 2ο μ.χ. αιώνα και ίνες από το κάλυμμα της κεφαλής του St. Lοuis d? Anjou ( μ.χ). 3 / 5

4 Οι μετρήσεις με την τεχνική του άνθρακα-14 έδειξαν, με βαθμό βεβαιότητας:> 95%, ότι το κομμάτι αυτό του υφάσματος είναι μεσαιωνικό (περίοδος ), αποτέλεσμα που συμπίπτει και με το χρόνο της εμφάνισής του [5]. Φυσικά, τα αποτελέσματα δημιούργησαν εξαιρετικό θόρυβο και υπήρχαν και πολλές αμφισβητήσεις των αποτελεσμάτων. Η συζήτηση και οι διαξιφισμοί των επιστημόνων επάνω σ' αυτό το θέμα συνεχίζονται (π.χ.[6]). Με τη μέθοδο του άνθρακα-14 βρέθηκε επίσης πρόσφατα ότι οι εξημερωμένοι σκύλοι υπήρξαν οικόσιτα ζώα για περισσότερα από χρόνια [7]. Η μέθοδος του άνθρακα-14, και ιδιαίτερα με Α.Μ.S., χρησιμοποιήθηκε και χρησιμοποιείται για την επίλυση μίας πληθώρας προβλημάτων χρονολόγησης, παρ? όλον ότι η ανάλυση των αποτελεσμάτων δεν είναι πάντοτε εύκολη. Η παραγωγή του άνθρακα-14 επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως π.χ. η ηλιακή δραστηριότητα (ηλιακές κηλίδες), η κατανάλωση θαλάσσιας τροφής από τους ζώντες οργανισμούς, η υπερβολική καύση άνθρακα ή πετρελαίου, που έχουν, λόγω του χρόνου σχηματισμού τους, μικρότερο λόγο C-14:C-12. Γι? αυτό ως σημείο αναφοράς των αποτελεσμάτων των μετρήσεων λαμβάνεται το Οι ακριβείς διορθώσεις για τις εξάρσεις παραγωγής άνθρακα-14 γίνονται δενδροχρονολογικά, χρησιμοποιώντας ως πρότυπα τους δακτυλίους των κορμών δένδρων ηλικίας μέχρι και πολλών χιλιάδων ετών. Έτσι, για παράδειγμα, η χρονολόγηση του ανθρώπου των Άλπεων, του Otzi, με Α.Μ.S. έδωσε ηλικία 4546 ±17 BP (δηλ π.χ.) ενώ η διόρθωση της με δενδροχρονολόγηση τιμές περ. 650 χρόνια μεγαλύτερες [8]. Η χρονολόγηση ανοργάνων υλικών παρουσιάζει μεγαλύτερη δυσκολία αλλά το οπλοστάσιο των φυσικών τεχνικών έχει τις περισσότερες φορές λύσεις και γι' αυτά τα προβλήματα [9]. Για παράδειγμα, ο απεμπλουτισμός της επιφάνειας του οψιδιανού και του γυαλιού σε νάτριο και εμπλουτισμός του σε υδρογόνο παρέχει πληροφορίες για την ηλικία τους. Έτσι, ο προσδιορισμός με πυρηνικές αντιδράσεις σε επιταχυντές σωματιδίων, που υπάρχουν σε μεγάλο αριθμό σε εργαστήρια πυρηνικής φυσικής πανεπιστημίων ή κέντρων ερευνών, της σε βάθος κατανομής του υδρογόνου και του νατρίου σε επιφανειακές στοιβάδες ενός γυαλιού μπορεί να δόσει πληροφορίες για την ηλικία του [10,11] ή και αποκαλύψει απομιμήσεις (π.χ. [12]). Από την άλλη πλευρά, στην περίπτωση των κεραμικών, χρησιμοποιείται συχνά η θερμοφωταύγεια (π.χ. [13,14]). 4 / 5

5 Ο πηλός και ορισμένα άλλα υλικά περιέχουν εγκλείσματα από χαλαζία και αστρίους, που αποτελούν αυτά καθ? αυτά ένα φυσικό χρονόμετρο, που βασίζεται στην ύπαρξη, όπως παντού, μικροποσοτήτων φυσικών ραδιενεργών στοιχείων (π.χ. ουράνιο, θόριο). Η ακτινοβολία, που εκπέμπουν αυτά τα ραδιενεργά στοιχεία, προκαλούν ατέλειες στην κρυσταλλική δομή του χαλαζία και των αστρίων από τις οποίες είναι δυνατόν μα προσδιορισθεί η ηλικία του ευρήματος. Συγκεκριμένα, η ακτινοβολία προκαλεί διέγερση των ηλεκτρονίων σε υψηλότερες ενεργειακές καταστάσεις. Το ψήσιμο ενός κεραμικού υλικού προκαλεί μία αποκατάσταση αυτών των ατελειών, αποδιέγερση των ηλεκτρονίων, εκπομπή της ενέργεια διεγέρσεως υπό μορφή ορατού φωτός και μηδενισμό του χρονομέτρου. Έτσι με τη θέρμανση του κεραμικού μπορούμε να έχουμε έναν επαναμηδενισμό του χρονομέτρου και με τη μέτρηση της εκπεμπόμενης οπτικής ακτινοβολίας να προσδιορίσει κανείς την ηλικία του (μέχρι πολλές χιλιάδες χρόνια). Έτσι, για παράδειγμα, ο συνδυασμός των τεχνικών του άνθρακα-14 και της θερμοφωταύγειας κατέρριψε το ιστορικό δόγμα ότι όλες οι πολιτισμικές εξελίξεις έγιναν με κατεύθυνση από την Εγγύς Ανατολή ή τη Μεσόγειο προς τα Β.Δ. διαπιστώνοντας ότι οι μεγαλιθικοί τάφοι της Β.Δ. Ευρώπης και οι Hunengr?ber της L?neburger Heide είναι κατά πολύ παλαιότεροι από τους αντίστοιχους της ανατολικής Μεσογείου. Οι εμπορικές διασυνδέσεις μεταξύ των λαών μπορούν να δώσουν στον ιστορικό πολύτιμες πληροφορίες για το πολιτισμικό, οικονομικό και τεχνολογικό επίπεδο των διαφόρων περιοχών. Η στοιχειακή χημική ανάλυση των διαφόρων ευρημάτων μπορεί, πέρα από την αποκάλυψη απομιμήσεων, πλαστογραφιών και στυλιστικών αντιγραφών, να δώσουν πληροφορίες για την προέλευση των διαφόρων αντικειμένων και των υλικών κατασκευής. Οι μέθοδοι αναλύσεως πρέπει να είναι ευαίσθητες, να παρέχουν μεγάλη ακρίβεια προσδιορισμού και να απαιτούν ελάχιστη ποσότητα δείγματος, ώστε να μην καταστρέφονται ή βλάπτονται πολύτιμα αντικείμενα. Η ανάλυση με νετρονική ενεργοποίηση είναι μία από τις τεχνικές, που παρέχουν αυτά τα πλεονεκτήματα [1]. Μία μικρή ποσότητα δείγματος (mg) ακτινοβολείται συγχρόνως με μικρή ποσότητα μίας πρότυπης ουσίας με νετρόνια σε πυρηνικό αντιδραστήρα. Τα νετρόνια με πυρηνικές αντιδράσεις μετατρέπουν τα ισότοπα των συστατικών στοιχείων του δείγματος στα αντίστοιχα ραδιενεργά τους. Η μέτρηση της ακτινοβολίας αυτών των ραδιενεργών ισοτόπων (κυρίως ακτινοβολία-γ), που μπορεί να γίνει με μεγάλη ευαισθησία και ακρίβεια, παρέχει τις ποσοτικές πληροφορίες για τη σύσταση του δείγματος. Με την τεχνική αυτή μπορούν να προσδιορισθούν μέχρι και πάνω από 30 στοιχεία συγχρόνως σε συγκεντρώσεις, ανάλογα με το στοιχείο, πολύ μικρότερες των μg/g ( 5 / 5