पुरातत्व में स्थिर आइसोटोप विश्लेषण

स्थिर आइसोटोप विश्लेषण एक वैज्ञानिक तकनीक है जिसका उपयोग पुरातत्वविदों और अन्य विद्वानों द्वारा जानवरों की हड्डियों से जानकारी एकत्र करने के लिए किया जाता है प्रकाश संश्लेषण अपने जीवनकाल के दौरान पौधों की खपत। आहार की आदतों का निर्धारण करने से लेकर यह जानकारी कई अनुप्रयोगों में बहुत उपयोगी है जब्त कोकीन और गैरकानूनी रूप से अवैध शिकार किए गए गैंडों की कृषि उत्पत्ति का पता लगाने के लिए प्राचीन होमिनिड पूर्वजों सींग।

पृथ्वी और उसका सारा वातावरण विभिन्न तत्वों, जैसे ऑक्सीजन, कार्बन और नाइट्रोजन के परमाणुओं से बना है। इन तत्वों में से प्रत्येक के कई रूप होते हैं, जो उनके परमाणु भार (प्रत्येक परमाणु में न्यूट्रॉन की संख्या) के आधार पर होते हैं। उदाहरण के लिए, हमारे वायुमंडल में सभी कार्बन का 99 प्रतिशत कार्बन -12 नामक रूप में मौजूद है; लेकिन शेष एक प्रतिशत कार्बन कार्बन के दो अलग-अलग रूपों से बना है, जिन्हें कार्बन -13 और कार्बन -14 कहा जाता है। कार्बन -12 (संक्षिप्त 12C) का परमाणु भार 12 होता है, जो 6 प्रोटॉन, 6 न्यूट्रॉन और 6 इलेक्ट्रॉनों से बना होता है - 6 इलेक्ट्रॉन परमाणु भार में कुछ भी नहीं जोड़ते हैं। कार्बन -13 (13C) में अभी भी 6 प्रोटॉन और 6 इलेक्ट्रॉन हैं, लेकिन इसमें 7 न्यूट्रॉन हैं। कार्बन -14 (14C) में 6 प्रोटॉन और 8 न्यूट्रॉन हैं, जो एक स्थिर तरीके से एक साथ पकड़ना बहुत भारी है, और यह अतिरिक्त से छुटकारा पाने के लिए ऊर्जा का उत्सर्जन करता है, यही कारण है कि वैज्ञानिक इसे कहते हैं "

सभी तीन रूपों में ठीक उसी तरह से प्रतिक्रिया होती है - यदि आप ऑक्सीजन को कार्बन से मिलाते हैं जो आपको हमेशा मिलती है कार्बन डाइऑक्साइडकोई फर्क नहीं पड़ता कि कितने न्यूट्रॉन हैं। 12C और 13C फॉर्म स्थिर हैं - अर्थात, वे समय के साथ बदलते नहीं हैं। दूसरी ओर, कार्बन -14 स्थिर नहीं है, बल्कि एक ज्ञात दर पर इसका निर्णय लेता है-इस वजह से, हम गणना करने के लिए इसके शेष अनुपात का उपयोग कार्बन -13 में कर सकते हैं रेडियोकार्बन तिथियाँ, लेकिन यह पूरी तरह से एक और मुद्दा है।

कार्बन -12 से कार्बन -13 का अनुपात पृथ्वी के वायुमंडल में स्थिर है। एक 13C परमाणु के लिए हमेशा एक सौ 12C परमाणु होते हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान, पौधे पृथ्वी के वायुमंडल, पानी और मिट्टी में कार्बन परमाणुओं को अवशोषित करते हैं, और उन्हें उनके पत्तों, फलों, नटों और जड़ों की कोशिकाओं में संग्रहीत करते हैं। लेकिन, प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया के भाग के रूप में कार्बन के रूपों का अनुपात बदल जाता है।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान, पौधे विभिन्न जलवायु क्षेत्रों में 100 12C / 1 13C रासायनिक अनुपात को अलग-अलग रूप से बदलते हैं। पौधों जो बहुत सारे सूरज और बहुत कम पानी वाले क्षेत्रों में रहते हैं, उनकी कोशिकाओं में अपेक्षाकृत कम 12C परमाणु होते हैं (13C की तुलना में) वे पौधे जो जंगलों या आर्द्रभूमि में रहते हैं। वैज्ञानिक पौधों को प्रकाश संश्लेषण के संस्करण द्वारा वर्गीकृत करते हैं जिसे वे समूहों में उपयोग करते हैं सी 3, सी 4, और सीएएम.

12C / 13C का अनुपात पौधे की कोशिकाओं में कठोर होता है, और यहां का सबसे अच्छा हिस्सा है - जैसे कि कोशिकाएं खाद्य श्रृंखला से गुजरती हैं (यानी, जड़ें, पत्ते और फल) जानवरों और मनुष्यों द्वारा खाया जाता है), 12C से 13C का अनुपात लगभग अपरिवर्तित रहता है क्योंकि यह जानवरों और हड्डियों के बालों, दांतों और बालों में जमा होता है और मनुष्य।

दूसरे शब्दों में, यदि आप 12C से 13C के अनुपात को निर्धारित कर सकते हैं जो एक जानवर की हड्डियों में संग्रहीत है, तो आप यह पता लगा सकते हैं क्या वे जो पौधे खाते थे वे C4, C3 या CAM प्रक्रियाओं का उपयोग करते थे, और इसलिए, पौधों का वातावरण क्या था पसंद। दूसरे शब्दों में, यह मानते हुए कि आप स्थानीय रूप से खाते हैं, जहाँ आप रहते हैं, जो आप खाते हैं, उससे आपकी हड्डियों में कठोरता आती है। उस माप को पूरा किया जाता है मास स्पेक्ट्रोमीटर विश्लेषण.

कार्बन लंबे शॉट द्वारा स्थिर आइसोटोप शोधकर्ताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले एकमात्र तत्व नहीं है। वर्तमान में, शोधकर्ताओं ने ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, स्ट्रोंटियम, हाइड्रोजन, सल्फर, सीसा, और कई अन्य तत्वों के स्थिर आइसोटोप के अनुपात को मापने के लिए देख रहे हैं जो पौधों और जानवरों द्वारा संसाधित होते हैं। इस शोध ने मानव और पशु आहार संबंधी जानकारी को एक अविश्वसनीय विविधता प्रदान की है।

स्थिर आइसोटोप अनुसंधान का बहुत पहला पुरातात्विक अनुप्रयोग 1970 के दशक में दक्षिण अफ्रीकी पुरातत्वविद् द्वारा किया गया था निकोलास वैन डेर मेरवे, जो खुदाई कर रहा था अफ्रीकी लौह युग दक्षिण अफ्रीका के ट्रांसवाल लोवल्ड के कई स्थलों में से एक, खगोपोल्वे 3 की साइट, जिसे फालबोरवा कहा जाता है।

वान डी मेरवे को राख के ढेर में एक मानव नर कंकाल मिला जो गाँव के अन्य दफनियों की तरह नहीं दिखता था। कंकाल, अलग-अलग रूप से, फालबोरवा के अन्य निवासियों से अलग था, और वह ठेठ ग्रामीण की तुलना में बिल्कुल अलग तरीके से दफनाया गया था। वह आदमी एक खिसियान की तरह लग रहा था; और ख्यालों को फालबोरवा में नहीं होना चाहिए था, जो पैतृक सोथो आदिवासी थे। वैन डेर मेरवे और उनके सहयोगियों जे। सी। वोगेल और फिलिप राईमायर ने अपनी हड्डियों और प्रारंभिक में रासायनिक हस्ताक्षर को देखने का फैसला किया परिणामों से पता चलता है कि वह आदमी ख्याओवान गांव का एक किसान था जो किसी तरह मर गया था Kgopolwe 3।

फालबर्वा अध्ययन की तकनीक और परिणामों की चर्चा SUNY बिंघमटन के एक सेमिनार में की गई थी जहाँ वैन डेर मेरवे पढ़ा रहे थे। उस समय, SUNY लेट वुडलैंड ब्यूरो की जांच कर रहा था, और साथ में उन्होंने फैसला किया कि यह देखना दिलचस्प होगा कि क्या इसके अतिरिक्त है मक्का (अमेरिकी मकई, एक उपोष्णकटिबंधीय C4 पालतू) आहार के लिए उन लोगों की पहचान की जाएगी जो पूर्व में केवल C3 पौधों तक पहुंच रखते थे: और यह था।

यह अध्ययन 1977 में स्थिर आइसोटोप विश्लेषण को लागू करने वाला पहला प्रकाशित पुरातात्विक अध्ययन बन गया। उन्होंने एक आर्कटिक (2500-2000 BCE) और एक अर्ली वुडलैंड से मानव पसलियों के कोलेजन में स्थिर कार्बन समस्थानिक अनुपात (13C / 12C) की तुलना की (४००-१०० ई.पू.) पुरातात्विक स्थल न्यूयॉर्क में (यानी, मकई क्षेत्र में आने से पहले) १३ सी / १२ सी अनुपात के साथ पसलियों में एक लेट वुडलैंड से (सीए। 1000–1300 CE) और एक हिस्टोरिक पीरियड साइट (कॉर्न आने के बाद) उसी क्षेत्र से। वे यह दिखाने में सक्षम थे कि पसलियों में रासायनिक हस्ताक्षर एक संकेत थे कि मक्का प्रारंभिक अवधियों में मौजूद नहीं था, लेकिन लेट वुडलैंड के समय तक एक प्रधान भोजन बन गया था।

इस प्रदर्शन और प्रकृति, वोगेल और वैन डेर में स्थिर कार्बन समस्थानिकों के वितरण के लिए उपलब्ध साक्ष्यों के आधार पर मेरवे ने सुझाव दिया कि तकनीक का इस्तेमाल अमेरिका के वुडलैंड्स और उष्णकटिबंधीय जंगलों में मक्का की कृषि का पता लगाने के लिए किया जा सकता है; तटीय समुदायों के आहार में समुद्री खाद्य पदार्थों के महत्व को निर्धारित करना; मिश्रित-खिला जड़ी-बूटियों के ब्राउज़िंग / चराई अनुपात के आधार पर सवाना में समय के साथ वनस्पति कवर में परिवर्तन; और संभवतः फोरेंसिक जांच में उत्पत्ति का निर्धारण करने के लिए।

1977 के बाद से, स्थिर आइसोटोप विश्लेषण के अनुप्रयोगों ने प्रकाश तत्वों हाइड्रोजन, कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और सल्फर के स्थिर आइसोटोप अनुपात का उपयोग करते हुए, संख्या और चौड़ाई में विस्फोट किया है। मानव और जानवरों की हड्डी (कोलेजन और एपेटाइट), दाँत तामचीनी और बाल, साथ ही मिट्टी के बर्तनों में सतह पर पके हुए अवशेष या चीनी मिट्टी की दीवार में अवशोषित आहार और पानी का निर्धारण करने के लिए सूत्रों का कहना है। इस तरह के आहार की जांच के लिए हल्के स्थिर आइसोटोप अनुपात (आमतौर पर कार्बन और नाइट्रोजन) का उपयोग किया गया है समुद्री जीव (जैसे सील, मछली और शंख) के रूप में घटक, विभिन्न घरेलू पौधे जैसे मक्का और बाजरा; और मवेशी डेयरी (मिट्टी के बर्तनों में दूध के अवशेष), और माँ के दूध (दांतों की पंक्ति में पता लगने की उम्र)। वर्तमान समय से हमारे प्राचीन पूर्वजों के लिए होमिनिन पर आहार अध्ययन किया गया है होमो हैबिलिस और यह ऑस्ट्रैलोपाइथेशियन.

अन्य समस्थानिक अनुसंधान ने चीजों की भौगोलिक उत्पत्ति का निर्धारण करने पर ध्यान केंद्रित किया है। संयोजन में विभिन्न स्थिर आइसोटोप अनुपात, कभी-कभी स्ट्रोंटियम जैसे भारी तत्वों के आइसोटोप सहित और सीसा, यह निर्धारित करने के लिए उपयोग किया गया है कि क्या प्राचीन शहरों के निवासी अप्रवासी थे या पैदा हुए थे स्थानीय स्तर पर; तस्करी के छल्ले को तोड़ने के लिए शिकार किए गए हाथी दांत और गैंडे के सींग की उत्पत्ति का पता लगाने के लिए; और कोकीन, हेरोइन और कपास फाइबर के कृषि मूल को निर्धारित करने के लिए नकली $ 100 बिल बनाते थे।

समस्थानिक विभाजन का एक और उदाहरण है कि एक उपयोगी अनुप्रयोग में बारिश शामिल है, जिसमें स्थिर हाइड्रोजन समस्थानिक 1H और 2H (ड्यूटेरियम) और ऑक्सीजन समस्थानिक 16O और 18O शामिल हैं। भूमध्य रेखा पर बड़ी मात्रा में पानी का वाष्पीकरण होता है और जल वाष्प उत्तर और दक्षिण में फैल जाता है। जैसे ही H2O धरती पर वापस आता है, सबसे पहले भारी आइसोटोप बरसते हैं। जब तक यह ध्रुवों पर बर्फ के रूप में गिरता है, तब तक हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के भारी आइसोटोप में नमी बुरी तरह से समाप्त हो जाती है। बारिश में (और नल के पानी में) इन आइसोटोप का वैश्विक वितरण मैप किया जा सकता है और उपभोक्ताओं की उत्पत्ति बाल के आइसोटोपिक विश्लेषण द्वारा निर्धारित की जा सकती है।

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