La datación por hidratación de obsidiana ( OHD ) es un método geoquímico para determinar la edad en términos absolutos o relativos de un artefacto hecho de obsidiana .
La obsidiana es un vidrio volcánico que fue utilizado por los pueblos prehistóricos como materia prima en la fabricación de herramientas de piedra como puntas de proyectil, cuchillos u otras herramientas de corte a través del tallado , o rompiendo piezas de manera controlada, como el descascarillado a presión.
La obsidiana obedece a la propiedad de hidratación mineral y absorbe agua , cuando se expone al aire a una velocidad bien definida. Cuando un nódulo de obsidiana sin trabajar se fractura inicialmente, normalmente hay menos del 1% de agua presente. Con el tiempo, el agua se difunde lentamente en el artefacto formando una "banda", "borde" o "corteza" estrecha que se puede ver y medir con muchas técnicas diferentes, como un microscopio de alta potencia con un aumento de 40-80 , perfil de profundidad con SIMS ( espectrometría de masas de iones secundarios ) e IR-PAS (espectroscopia fotoacústica infrarroja). [1] [2] Para utilizar la hidratación de la obsidiana para la datación absoluta, se deben comprender las condiciones a las que ha estado expuesta la muestra y su origen o compararse con muestras de una edad conocida (por ejemplo, como resultado de la datación por radiocarbono de materiales asociados). [3] [4]
La datación por hidratación de la obsidiana fue introducida en 1960 por Irving Friedman y Robert Smith del Servicio Geológico de Estados Unidos . [5] Su trabajo inicial se centró en obsidianas de sitios arqueológicos en el oeste de América del Norte.
El uso de la espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) en la medición de la datación por hidratación de la obsidiana fue introducido por dos equipos de investigación independientes en 2002. [6] [7]
En la actualidad, los arqueólogos aplican ampliamente esta técnica para datar yacimientos prehistóricos y de la prehistoria en California [8] y la Gran Cuenca de América del Norte. También se ha aplicado en América del Sur, Oriente Medio, las islas del Pacífico, incluida Nueva Zelanda y la cuenca mediterránea.
Para medir la banda de hidratación, normalmente se corta una pequeña porción de material de un artefacto. Esta muestra se muele hasta unos 30 micrómetros de espesor y se monta en un portaobjetos petrográfico (esto se llama sección delgada). Luego, la corteza de hidratación se mide con un microscopio de alta potencia equipado con algún método para medir la distancia, generalmente en décimas de micrómetro. El técnico mide la cantidad microscópica de agua absorbida en superficies recién rotas. El principio detrás de la datación por hidratación de la obsidiana es simple: cuanto más tiempo haya estado expuesta la superficie del artefacto, más gruesa será la banda de hidratación.
En el caso de medir el borde de hidratación utilizando la capacidad de perfilado de profundidad de la técnica de espectrometría de masas de iones secundarios, la muestra se monta en un soporte sin ninguna preparación o corte. Este método de medición no es destructivo. Hay dos modos SIMS generales: modo estático y modo dinámico, dependiendo de la densidad de corriente de iones primarios, y tres tipos diferentes de espectrómetros de masas: sector magnético, cuadrupolo y tiempo de vuelo (TOF). Cualquier espectrómetro de masas puede funcionar en modo estático (corriente de iones muy baja, análisis de la capa monoatómica superior) y en modo dinámico (alta densidad de corriente de iones, análisis en profundidad).
Aunque relativamente poco frecuente, el uso de SIMS en investigaciones de superficies de obsidiana ha producido un gran progreso en la datación OHD. SIMS en general se refiere a cuatro categorías instrumentales según su funcionamiento: estático, dinámico, cuadrupolo y tiempo de vuelo, TOF. En esencia, es una técnica con una gran resolución en una plétora de elementos químicos y estructuras moleculares de una manera esencialmente no destructiva. Un enfoque de OHD con una lógica completamente nueva sugiere que el refinamiento de la técnica es posible de una manera que mejora tanto su exactitud como su precisión y potencialmente expande la utilidad al generar datos cronológicos confiables. Anovitz et al. [9] presentó un modelo que se basó únicamente en la difusión dependiente de la composición, siguiendo soluciones numéricas (diferencia finita (FD) o elemento finito) que se basaban en el perfil de H+ adquirido por SIMS. Luego, Riciputi et al. probaron el modelo utilizando los resultados del Monte 65, Chalco en México. [10] Esta técnica utilizó cálculos numéricos para modelar la formación de todo el perfil de difusión en función del tiempo y ajustó la curva derivada al perfil de hidrógeno. Las ecuaciones de FD se basan en una serie de suposiciones sobre el comportamiento del agua a medida que se difunde en el vidrio y los puntos característicos del perfil de difusión de H+ de SIMS.
En Rodas, Grecia, bajo la dirección e invención de Ioannis Liritzis, [11] el método de datación se basa en modelar el perfil de hidrógeno tipo S mediante SIMS, siguiendo la ley de difusión de Fick, y en una comprensión de la capa de saturación de la superficie (ver Figura). De hecho, la capa de saturación en la superficie se forma hasta una cierta profundidad dependiendo de factores que incluyen la cinética del mecanismo de difusión de las moléculas de agua, la estructura química específica de la obsidiana, así como las condiciones externas que afectan la difusión (temperatura, humedad relativa y presión). [12] En conjunto, estos factores dan como resultado la formación de un valor de concentración límite aproximadamente constante en la capa superficial externa. Utilizando el producto final de la difusión, se ha desarrollado un modelo fenomenológico, basado en ciertas condiciones iniciales y de límite y mecanismos fisicoquímicos apropiados, que expresan la concentración de H2O en función del perfil de profundidad como una ecuación de difusión/tiempo.
Este último avance, la novedosa espectrometría de masas de iones secundarios-saturación de superficie (SIMS-SS), implica modelar el perfil de concentración de hidrógeno de la superficie en función de la profundidad, mientras que la determinación de la edad se alcanza mediante ecuaciones que describen el proceso de difusión, mientras que los efectos topográficos se han confirmado y monitoreado mediante microscopía de fuerza atómica . [13] [14] [15] [16]
Varios factores complican la correlación simple del espesor de la banda de hidratación de la obsidiana con la edad absoluta. Se sabe que la temperatura acelera el proceso de hidratación. Por lo tanto, los artefactos expuestos a temperaturas más altas, por ejemplo, al estar a menor altitud , parecen hidratarse más rápido. Además, la química de la obsidiana, incluido el contenido de agua intrínseco, parece afectar la tasa de hidratación. Una vez que un arqueólogo puede controlar la firma geoquímica de la obsidiana (por ejemplo, la "fuente") y la temperatura (generalmente aproximada utilizando una "temperatura de hidratación efectiva" o coeficiente EHT), puede ser capaz de datar el artefacto utilizando la técnica de hidratación de la obsidiana. La presión del vapor de agua también puede afectar la tasa de hidratación de la obsidiana. [9]
La fiabilidad del método basado en la ecuación de edad empírica de Friedman ( x²=kt , donde x es el espesor del borde de hidratación, k es el coeficiente de difusión y t es el tiempo) se cuestiona desde varios puntos de vista en relación con la dependencia de la temperatura, la raíz cuadrada del tiempo y la determinación de la tasa de difusión por muestra y por sitio, como parte de algunos intentos exitosos del procedimiento y sus aplicaciones. El procedimiento de cálculo de la edad SIMS-SS se divide en dos pasos principales. El primer paso se refiere al cálculo de un polinomio de ajuste de tercer orden del perfil SIMS (ecuación 1). La segunda etapa se refiere a la determinación de la capa de saturación, es decir, su profundidad y concentración. Todo el procesamiento computacional está integrado en un software independiente creado en el paquete de software Matlab (versión 7.0.1) con una interfaz gráfica de usuario y ejecutable en Windows XP. Por lo tanto, la ecuación de edad SIMS-SS en años anteriores al presente se da en la ecuación 2:
Ec. 1 Polinomio de ajuste del perfil SIMS
Ecuación 2 La ecuación de edad SIMS-SS en años antes del presente
Donde, Ci es la concentración intrínseca de agua, Cs es la concentración de saturación, dC/dx es el coeficiente de difusión para la profundidad x=0, k se deriva de una familia de curvas de difusión teóricas de Crank y es un coeficiente de difusión efectivo (ecuación 3) que relaciona el gradiente inverso del polinomio de ajuste con muestras bien datadas:
donde Ds = (1/(dC/dx))10 −11 suponiendo un flujo constante y tomado como la unidad. La ecuación (2) y el supuesto de unidad son un tema de investigación adicional. [17]
Varias empresas comerciales y laboratorios universitarios brindan servicios de hidratación de obsidiana.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )